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CountDownLatch：揭秘 Java 并发中的强大同步工具

后端

CountDownLatch：并发编程中的强大协调工具

引言

在多线程编程的世界中，协调多个线程协同工作至关重要。CountDownLatch 是一款强大的 Java 并发工具，可帮助您实现这一点。它基于 Java 并发的核心组件 AQS（AbstractQueuedSynchronizer），是解决并发编程问题的理想选择。

CountDownLatch 的原理

CountDownLatch 本质上是一个共享计数器。您可以指定一个初始计数器值，表示需要等待的线程数量。当每个参与的线程调用 countDown() 方法时，该计数器将递减。当计数器变为 0 时，阻塞在 await() 方法上的主线程将被唤醒，继续执行。

CountDownLatch 的使用场景

CountDownLatch 在并发编程中拥有广泛的应用场景，包括：

  • 任务协调： 当一个主任务依赖于多个子任务完成时，CountDownLatch 可用于协调这些子任务的执行，确保在所有子任务完成之前，主任务不会继续执行。
  • 屏障控制： CountDownLatch 可用作线程屏障，阻止线程继续执行，直到其他所有线程都到达屏障点。
  • 资源共享： 在多线程环境中，CountDownLatch 可用于控制对共享资源的访问，确保在所有线程完成对资源的操作之前，其他线程不会访问该资源。

CountDownLatch 的优势

与其他并发同步工具相比，CountDownLatch 具有以下优势：

  • 简单易用： CountDownLatch 的 API 非常简单，易于理解和使用。
  • 性能优异： CountDownLatch 的底层实现基于 AQS，具有很高的性能和可扩展性。
  • 可扩展性强： CountDownLatch 可以用于协调任意数量的线程，不受限制。

实战示例

以下是一个使用 CountDownLatch 实现任务协调的示例代码：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class TaskCoordinator {

    private final CountDownLatch latch;

    public TaskCoordinator(int taskCount) {
        this.latch = new CountDownLatch(taskCount);
    }

    public void startTasks() {
        for (int i = 0; i < latch.getCount(); i++) {
            new Thread(() -> {
                // 执行子任务
                latch.countDown();
            }).start();
        }
    }

    public void awaitCompletion() throws InterruptedException {
        latch.await();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TaskCoordinator coordinator = new TaskCoordinator(10);
        coordinator.startTasks();
        coordinator.awaitCompletion();
        System.out.println("所有任务完成");
    }
}

在这个示例中，TaskCoordinator 类使用 CountDownLatch 来协调 10 个子任务的执行。startTasks() 方法启动了 10 个线程，每个线程都执行一个子任务并调用 countDown() 方法。awaitCompletion() 方法阻塞主线程，直到所有子任务完成，即计数器变为 0。

结论

CountDownLatch 是 Java 并发编程中一款强大的工具，它可以帮助您协调线程之间的协作，确保任务完成的顺序性和完整性。它的简单易用、性能优异和可扩展性强等优点使其成为解决并发编程问题的理想选择。

常见问题解答

  1. CountDownLatch 和 Semaphore 有什么区别？
    Semaphore 允许在任意时刻访问资源的线程数量受限制，而 CountDownLatch 只关注完成任务所需的线程数量。
  2. CountDownLatch 只能用于等待特定数量的线程吗？
    是的，CountDownLatch 要求您在构造时指定一个初始计数器值，表示需要等待的线程数量。
  3. CountDownLatch 的计数器可以递增吗？
    不可以，CountDownLatch 的计数器只能递减，直到达到 0。
  4. 使用 CountDownLatch 时需要注意哪些事项？
    确保所有参与的线程都调用了 countDown() 方法，否则主线程可能永远不会被唤醒。
  5. CountDownLatch 是否适合所有并发编程场景？
    CountDownLatch 非常适合协调有限数量的线程之间的任务，但对于处理大量或持续不断的线程，可能还有更好的选择。