CountDownLatch

    CountDownLatch是一个同步工具类,它允许一个或多个线程一直等待,直到其他线程执行完后再执行。
    它是通过一个计数器来实现的,计数器的初始化值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后,计数器的值就相应得减1。当计数器到达0时,表示所有的线程都已完成任务,然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

CountDownLatch的组成

image.png

    首先来一下Sync,它是CountDownLatch的同步控件(计数器),使用AQS状态表示计数。

private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;

        Sync(int count) {
            setState(count);
        }

        int getCount() {
            return getState();
        }
      
        // 重写AQS获取共享锁的方法,AQSstate==0的时候,表示锁是空闲的
        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return (getState() == 0) ? 1 : -1;
        }
      
        // 重写AQS释放共享锁的方法
        protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            // Decrement count; signal when transition to zero
            for (;;) {
                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;
                 // 计数-1,CAS更新计数。等于0的时候释放成功
                int nextc = c-1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    return nextc == 0;
            }
        }
    }
构造函数
public CountDownLatch(int count) {
        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
        this.sync = new Sync(count);
    }

构造函数就是初始化Sync的计数,也就是AQS的state属性

等待方法

await 使当前线程等待,直到计数到零为止。除非该线程被中断了

  public void await() throws InterruptedException {
         // 调用AQS的获取共享锁的方法(可中断),加入同步队列,并挂起当前线程
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
减少计数方法

减少计数,如果计数达到零,则释放所有等待线程。

 public void countDown() {
        sync.releaseShared(1);
    }

    releaseShared源码里可以看到只释放了head.next节点的线程,它是怎么释放所有等待线程的?
    这里贴一下releaseShared的源码,可以看到releaseShared调用了tryReleaseShared获取共享模式的锁,如果获取成功了则调用doReleaseShared唤醒后继节点

 public final boolean releaseShared(int arg) {
        if (tryReleaseShared(arg)) {
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }

tryReleaseShared必须要子类实现,下面看下CountDownLatch的tryReleaseShared

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
            // Decrement count; signal when transition to zero
            for (;;) {
                int c = getState();
                if (c == 0)
                    return false;
                // 减CountDownLatch计数
                int nextc = c-1;
                if (compareAndSetState(c, nextc))
                    // 如果计数是0那么返回true
                    return nextc == 0;
            }
        }

如果tryReleaseShared返回true就会调用doReleaseShared唤醒后继节点

 private void doReleaseShared() {
        /*
         * Ensure that a release propagates, even if there are other
         * in-progress acquires/releases.  This proceeds in the usual
         * way of trying to unparkSuccessor of head if it needs
         * signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to
         * ensure that upon release, propagation continues.
         * Additionally, we must loop in case a new node is added
         * while we are doing this. Also, unlike other uses of
         * unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status
         * fails, if so rechecking.
         */
        for (;;) {
            Node h = head;
            if (h != null && h != tail) {
                int ws = h.waitStatus;
                // 旧head的waitStatus=-1,那么调用unparkSuccessor唤醒后继节点
                 // 并且把旧head的waitStatus更新成0
                if (ws == Node.SIGNAL) {
                    if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                        continue;            // loop to recheck cases
                    unparkSuccessor(h);
                }
                // 旧head的waitStatus已经是0了,那么更新成-3,也就是PROPAGATE
                else if (ws == 0 &&
                         !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                    continue;                // loop on failed CAS
            }
            // head没有变过,break
            if (h == head)                   // loop if head changed
                break;
        }
    }

    关键点就在调用unparkSuccessor这,唤醒了后继节点的线程,那么这个被挂起的线程是在哪被挂起的呢?是调用了CountDownLatch的await方法之后最终调到AQS的doAcquireSharedInterruptibly方法,parkAndCheckInterrupt里面挂起的

 private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
        final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
        boolean failed = true;
        try {
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head) {
                    int r = tryAcquireShared(arg);
                    if (r >= 0) {
                        setHeadAndPropagate(node, r);
                        p.next = null; // help GC
                        failed = false;
                        return;
                    }
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    throw new InterruptedException();
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

    被唤醒的节点被挂起的线程,还会继续循环,此时tryAcquireShared的返回值一定会大于0,因为此时CountDownLatch的计数是0(上面tryAcquireShared方法)。那么进入到setHeadAndPropagate方法,这个方法会唤醒node.next节点的线程,依次类推,node.next还会唤醒node.next.next

    也就是说调用countDown方法,如果CountDownLatch的计数是0了,那么会唤醒head.next节点的线程,被唤醒的线程还会唤醒他后继节点的线程.

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