一、概述
CountDownLatch用于当一组任务完成后再执行主任务的操作。通常用于将一组任务并发执行，当这组任务没完成一个任务就调用countDown()来减一，这样直到这组任务完成后就执行主任务。
二、CountDownLatch数据结构
从源码可知，CountDownLatch的所有方法最终都会调用Sync内部类的方法，而这个内部类是继承自AQS，所以可想而知CountDownLatch的实现是依赖AQS的实现，数据结构也就是AQS的数据结构。
三、CountDownLatch源码分析
3.1 类的继承关系
public class CountDownLatch {}
可以看到CountDownLatch没有显示继承哪个父类或者实现哪个父接口，根据Java语言规定，可知其父类是Object。
3.2 类的内部类
CountDownLatch类存在一个内部类Sync，继承自AbstractQueuedSynchronizer，其源代码如下。
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 版本号
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
// 构造器
Sync(int count) {
setState(count);
}
// 返回当前计数
int getCount() {
return getState();
}
// 试图在共享模式下获取对象状态
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
// 试图设置状态来反映共享模式下的一个释放
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// 无限循环
for (;;) {
// 获取状态
int c = getState();
if (c == 0) // 没有被线程占有
return false;
// 下一个状态
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc)) // 比较并且设置成功
return nextc == 0;
}
}
}
对CountDownLatch方法的调用会转发到对Sync或AQS的方法的调用，所以，AQS对CountDownLatch提供支持。
3.3 类的属性
private final Sync sync;
可以看到CountDownLatch类的内部只有一个Sync类型的属性，这个属性相当重要，后面会进行分析。
3.4 类的构造函数
1. CountDownLatch(int) 型构造函数
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
// 初始化状态数
this.sync = new Sync(count);
}
该构造函数可以构造一个用给定计数初始化的CountDownLatch，并且构造函数内完成了sync的初始化，并设置了状态数。
3.5 核心函数分析
1. await函数
此函数将会使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断。其源码如下
public void await() throws InterruptedException {
// 转发到sync对象上
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
由源码可知，对CountDownLatch对象的await的调用会转发为对Sync的acquireSharedInterruptibly（从AQS继承的方法）方法的调用，acquireSharedInterruptibly源码如下
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
从源码中可知，acquireSharedInterruptibly又调用了CountDownLatch的内部类Sync的tryAcquireShared和AQS的doAcquireSharedInterruptibly函数。tryAcquireShared函数的源码如下
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
该函数只是简单的判断AQS的state是否为0，为0则返回1，不为0则返回-1。doAcquireSharedInterruptibly函数的源码如下
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
// 添加节点至等待队列
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) { // 无限循环
// 获取node的前驱节点
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) { // 前驱节点为头结点
// 试图在共享模式下获取对象状态
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) { // 获取成功
// 设置头结点并进行繁殖
setHeadAndPropagate(node, r);
// 设置节点next域
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt()) // 在获取失败后是否需要禁止线程并且进行中断检查
// 抛出异常
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
在AQS的doAcquireSharedInterruptibly中可能会再次调用CountDownLatch的内部类Sync的tryAcquireShared方法和AQS的setHeadAndPropagate方法。setHeadAndPropagate方法源码如下。
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
// 获取头结点
Node h = head; // Record old head for check below
// 设置头结点
setHead(node);
// 进行判断
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
// 获取节点的后继
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared()) // 后继为空或者为共享模式
// 以共享模式进行释放
doReleaseShared();
}
}
说明：该方法设置头结点并且释放头结点后面的满足条件的结点，该方法中可能会调用到AQS的doReleaseShared方法，其源码如下。
private void doReleaseShared() {
// 无限循环
for (;;) {
// 保存头结点
Node h = head;
if (h != null && h != tail) { // 头结点不为空并且头结点不为尾结点
// 获取头结点的等待状态
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) { // 状态为SIGNAL
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) // 不成功就继续
continue; // loop to recheck cases
// 释放后继结点
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) // 状态为0并且不成功，继续
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // 若头结点改变，继续循环
break;
}
}
说明：该方法在共享模式下释放，具体的流程再之后会通过一个示例给出。
所以，对CountDownLatch的await调用大致会有如下的调用链。
说明：上图给出了可能会调用到的主要方法，并非一定会调用到，之后，会通过一个示例给出详细的分析。
2. countDown函数
此函数将递减锁存器的计数，如果计数到达零，则释放所有等待的线程
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
对countDown的调用转换为对Sync对象的releaseShared（从AQS继承而来）方法的调用。releaseShared源码如下
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
说明：此函数会以共享模式释放对象，并且在函数中会调用到CountDownLatch的tryReleaseShared函数，并且可能会调用AQS的doReleaseShared函数，其中，tryReleaseShared源码如下
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
// 无限循环
for (;;) {
// 获取状态
int c = getState();
if (c == 0) // 没有被线程占有
return false;
// 下一个状态
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc)) // 比较并且设置成功
return nextc == 0;
}
}
此函数会试图设置状态来反映共享模式下的一个释放。具体的流程在下面的示例中会进行分析。AQS的doReleaseShared的源码如下
private void doReleaseShared() {
// 无限循环
for (;;) {
// 保存头结点
Node h = head;
if (h != null && h != tail) { // 头结点不为空并且头结点不为尾结点
// 获取头结点的等待状态
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) { // 状态为SIGNAL
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) // 不成功就继续
continue; // loop to recheck cases
// 释放后继结点
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) // 状态为0并且不成功，继续
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // 若头结点改变，继续循环
break;
}
}
此函数在共享模式下释放资源。
所以，对CountDownLatch的countDown调用大致会有如下的调用链。
说明：上图给出了可能会调用到的主要方法，并非一定会调用到，之后，会通过一个示例给出详细的分析。
四、示例
package com.liutao.JUC;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @Author:LIUTAO
* @Description:
* @Date:Created in 8:14 2018/5/6
* @Modified By:
*/
public class CountDownLatchDemo {
static final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);
public static CountDownLatchRunnable countDownLatchDemo = new CountDownLatchRunnable();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
executorService.submit(countDownLatchDemo);
}
countDownLatch.await();
System.out.println("All threads have been executed completely");
executorService.shutdown();
}
public static class CountDownLatchRunnable implements Runnable {
public void run() {
//simulate the task of checking
try {
Thread.sleep(new Random().nextInt(10) * 1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getId() + "check complete");
countDownLatch.countDown();
System.out.println("state:"+countDownLatch.getCount());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出结果：
12check complete
state:4
14check complete
state:3
16check complete
state:2
15check complete
state:1
13check complete
state:0
All threads have been executed completely
我们可以看见每countDown()一次，state就变小一次，最终执行主线程的时候state变成了0。五、总结
通过对源码的分析，我们可以发现CountDownLatch的实现主要是依赖了AQS的实现，而其内部类主要是实现了tryAcquireShared()和tryReleaseShared()这两个方法。我们可以发下CountDownLatch其实就是在实例化的时候设置了state的值，当然这个值和线程数是先等的，而在我们调用await（）的时候由于state != 0，从而造成了线程挂起。当我们没调用一次countDown()最终都会导致state--,当state为0的时候就会唤醒所有挂起的线程。
参考：点击打开链接