多线程join 和 CountDownLatch

首先，我们来看一个应用场景1：

假设一条流水线上有三个工作者：worker0，worker1，worker2。有一个任务的完成需要他们三者协作完成，worker2可以开始这个任务的前提是worker0和worker1完成了他们的工作，而worker0和worker1是可以并行他们各自的工作的。

如果我们要编码模拟上面的场景的话，我们大概很容易就会想到可以用join来做。当在当前线程中调用某个线程 thread 的 join() 方法时，当前线程就会阻塞，直到thread 执行完成，当前线程才可以继续往下执行。补充下：join的工作原理是，不停检查thread是否存活，如果存活则让当前线程永远wait，直到thread线程终止，线程的this.notifyAll 就会被调用。

我们首先用join来模拟这个场景：

Worker类如下：

[java] view plain copy

1. package com.concurrent.test3;  
2.   
3. /** 
4.  * 工作者类 
5.  * @author ThinkPad 
6.  * 
7.  */  
8. public class Worker extends Thread {  
9.   
10.     //工作者名  
11.     private String name;  
12.     //工作时间  
13.     private long time;  
14.       
15.     public Worker(String name, long time) {  
16.         this.name = name;  
17.         this.time = time;  
18.     }  
19.       
20.     @Override  
21.     public void run() {  
22.         // TODO 自动生成的方法存根  
23.         try {  
24.             System.out.println(name+"开始工作");  
25.             Thread.sleep(time);  
26.             System.out.println(name+"工作完成，耗费时间="+time);  
27.         } catch (InterruptedException e) {  
28.             // TODO 自动生成的 catch 块  
29.             e.printStackTrace();  
30.         }     
31.     }  
32. }  

Test类如下：

[java] view plain copy

1. package com.concurrent.test3;  
2.   
3.   
4. public class Test {  
5.   
6.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
7.         // TODO 自动生成的方法存根  
8.   
9.         Worker worker0 = new Worker("worker0", (long) (Math.random()*2000+3000));  
10.         Worker worker1 = new Worker("worker1", (long) (Math.random()*2000+3000));  
11.         Worker worker2 = new Worker("worker2", (long) (Math.random()*2000+3000));  
12.           
13.         worker0.start();  
14.         worker1.start();  
15.           
16.         worker0.join();  
17.         worker1.join();  
18.         System.out.println("准备工作就绪");  
19.           
20.         worker2.start();          
21.     }  
22. }  

运行test，观察控制台输出的顺序，我们发现这样可以满足需求，worker2确实是等worker0和worker1完成之后才开始工作的：

worker1开始工作
worker0开始工作
worker1工作完成，耗费时间=3947
worker0工作完成，耗费时间=4738
准备工作就绪
worker2开始工作
worker2工作完成，耗费时间=4513

除了用join外，用CountDownLatch 也可以完成这个需求。需要对worker做一点修改，我把它放在另一个包下：

Worker:

[java] view plain copy

1. package com.concurrent.test4;  
2.   
3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
4.   
5. /** 
6.  * 工作者类 
7.  * @author ThinkPad 
8.  * 
9.  */  
10. public class Worker extends Thread {  
11.   
12.     //工作者名  
13.         private String name;  
14.     //工作时间  
15.     private long time;  
16.       
17.     private CountDownLatch countDownLatch;  
18.       
19.     public Worker(String name, long time, CountDownLatch countDownLatch) {  
20.         this.name = name;  
21.         this.time = time;  
22.         this.countDownLatch = countDownLatch;  
23.     }  
24.       
25.     @Override  
26.     public void run() {  
27.         // TODO 自动生成的方法存根  
28.         try {  
29.             System.out.println(name+"开始工作");  
30.             Thread.sleep(time);  
31.             System.out.println(name+"工作完成，耗费时间="+time);  
32.             countDownLatch.countDown();  
33.             System.out.println("countDownLatch.getCount()="+countDownLatch.getCount());  
34.         } catch (InterruptedException e) {  
35.             // TODO 自动生成的 catch 块  
36.             e.printStackTrace();  
37.         }     
38.     }  
39. }  

Test:

[java] view plain copy

1. package com.concurrent.test4;  
2.   
3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
4.   
5.   
6. public class Test {  
7.   
8.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
9.         // TODO 自动生成的方法存根  
10.   
11.         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);  
12.         Worker worker0 = new Worker("worker0", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);  
13.         Worker worker1 = new Worker("worker1", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);  
14.         Worker worker2 = new Worker("worker2", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);  
15.           
16.         worker0.start();  
17.         worker1.start();  
18.           
19.         countDownLatch.await();  
20.         System.out.println("准备工作就绪");  
21.         worker2.start();          
22.     }  
23. }  

我们创建了一个计数器为2的 CountDownLatch ，让Worker持有这个CountDownLatch 实例，当完成自己的工作后，调用countDownLatch. countDown() 方法将计数器减1。countDownLatch.await() 方法会一直阻塞直到计数器为0，主线程才会继续往下执行。观察运行结果，发现这样也是可以的：

worker1开始工作
worker0开始工作
worker0工作完成，耗费时间=3174
countDownLatch.getCount()=1
worker1工作完成，耗费时间=3870
countDownLatch.getCount()=0
准备工作就绪
worker2开始工作
worker2工作完成，耗费时间=3992
countDownLatch.getCount()=0

那么既然如此，CountDownLatch与join的区别在哪里呢？事实上在这里我们只要考虑另一种场景，就可以很清楚地看到它们的不同了。

应用场景2：

假设worker的工作可以分为两个阶段，work2 只需要等待work0和work1完成他们各自工作的第一个阶段之后就可以开始自己的工作了，而不是场景1中的必须等待work0和work1把他们的工作全部完成之后才能开始。

试想下，在这种情况下，join是没办法实现这个场景的，而CountDownLatch却可以，因为它持有一个计数器，只要计数器为0，那么主线程就可以结束阻塞往下执行。我们可以在worker0和worker1完成第一阶段工作之后就把计数器减1即可，这样worker0和worker1在完成第一阶段工作之后，worker2就可以开始工作了。

worker:

[java] view plain copy

1. package com.concurrent.test5;  
2.   
3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
4.   
5. /** 
6.  * 工作者类 
7.  * @author ThinkPad 
8.  * 
9.  */  
10. public class Worker extends Thread {  
11.   
12.     //工作者名  
13.     private String name;  
14.     //第一阶段工作时间  
15.     private long time;  
16.       
17.     private CountDownLatch countDownLatch;  
18.       
19.     public Worker(String name, long time, CountDownLatch countDownLatch) {  
20.         this.name = name;  
21.         this.time = time;  
22.         this.countDownLatch = countDownLatch;  
23.     }  
24.       
25.     @Override  
26.     public void run() {  
27.         // TODO 自动生成的方法存根  
28.         try {  
29.             System.out.println(name+"开始工作");  
30.             Thread.sleep(time);  
31.             System.out.println(name+"第一阶段工作完成");  
32.               
33.             countDownLatch.countDown();  
34.               
35.             Thread.sleep(2000); //这里就姑且假设第二阶段工作都是要2秒完成  
36.             System.out.println(name+"第二阶段工作完成");  
37.             System.out.println(name+"工作完成，耗费时间="+(time+2000));  
38.               
39.         } catch (InterruptedException e) {  
40.             // TODO 自动生成的 catch 块  
41.             e.printStackTrace();  
42.         }     
43.     }  
44. }  

Test：

[java] view plain copy

1. package com.concurrent.test5;  
2.   
3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;  
4.   
5.   
6. public class Test {  
7.   
8.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
9.         // TODO 自动生成的方法存根  
10.   
11.         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);  
12.         Worker worker0 = new Worker("worker0", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);  
13.         Worker worker1 = new Worker("worker1", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);  
14.         Worker worker2 = new Worker("worker2", (long) (Math.random()*2000+3000), countDownLatch);  
15.           
16.         worker0.start();  
17.         worker1.start();      
18.         countDownLatch.await();  
19.           
20.         System.out.println("准备工作就绪");  
21.         worker2.start();  
22.           
23.     }  
24.   
25. }  

观察控制台打印顺序，可以发现这种方法是可以模拟场景2的：

worker0开始工作
worker1开始工作
worker1第一阶段工作完成
worker0第一阶段工作完成
准备工作就绪
worker2开始工作
worker1第二阶段工作完成
worker1工作完成，耗费时间=5521
worker0第二阶段工作完成
worker0工作完成，耗费时间=6147
worker2第一阶段工作完成
worker2第二阶段工作完成
worker2工作完成，耗费时间=5384

最后，总结下CountDownLatch与join的区别：调用thread.join() 方法必须等thread 执行完毕，当前线程才能继续往下执行，而CountDownLatch通过计数器提供了更灵活的控制，只要检测到计数器为0当前线程就可以往下执行而不用管相应的thread是否执行完毕