多线程的协调员：深入剖析 CountDownLatch

Android

2023-11-03 04:40:40

并发编程中的协调难题：CountDownLatch 的优雅解决方案

在多线程编程的舞台上，协调不同线程之间的执行顺序至关重要。想象一下，一个任务需要多个线程共同完成，每个线程负责一个子任务。为了保证任务的顺利进行，我们需要一种机制来确保线程之间的同步执行，避免主任务在子任务未完成前仓促启动。

CountDownLatch：线程等待的指挥棒

CountDownLatch 应运而生，它是一种同步工具类，专门用于协调多线程之间的等待与唤醒。它巧妙地将计数器机制与线程等待/唤醒机制相结合，为并发编程提供了一个简洁高效的解决方案。

原理详解：交响乐中的指挥家

CountDownLatch 的工作原理可以用一场交响乐来比喻。假设我们有一个乐团，由多个乐器组成，每个乐器演奏不同的乐章。为了呈现出一场完美的音乐会，指挥家需要协调各乐器之间的演奏顺序。

CountDownLatch 就扮演着指挥家的角色。它通过计数器来记录乐章的数量，每个乐章对应一个线程。当所有乐章准备就绪时，指挥家 (CountDownLatch) 会发出生动的号令：await()！

此时，各个乐器 (线程) 都会安静等待，直到指挥家发出countDown() 的指令。随着乐章的逐一演奏，指挥家会不断递减计数器，直到所有乐章完成，计数器减为 0。这时，指挥家会挥动手臂，示意乐团可以齐声演奏最后的华章。

使用场景：多线程协调的利器

CountDownLatch 在并发编程中有着广泛的应用场景，以下是一些典型的例子：

任务完成等待： 确保所有子任务完成再执行主任务。
屏障同步： 协调多个线程到达某个特定点后再继续执行。
并行处理： 控制并行处理中多个子任务的并发执行数量。
资源限制： 限制同时访问共享资源的线程数量，防止资源争用。

案例实战：并发文件下载

为了更好地理解 CountDownLatch 的使用，让我们来看一个并发文件下载的示例。假设我们需要同时下载多个文件，每个文件由一个独立的线程负责下载。为了确保所有文件都下载完成再进行后续处理，我们可以使用 CountDownLatch 来协调线程之间的等待。

代码示例：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class FileDownloader {

    private CountDownLatch latch;
    private int fileCount;

    public FileDownloader(int fileCount) {
        this.fileCount = fileCount;
        latch = new CountDownLatch(fileCount);
    }

    public void downloadFile(String url) {
        try {
            // 模拟文件下载过程
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("File downloaded: " + url);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 每下载完成一个文件，递减计数器
            latch.countDown();
        }
    }

    public void awaitAllDownloads() {
        try {
            // 等待所有文件下载完成
            latch.await();
            System.out.println("All files downloaded successfully!");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        FileDownloader downloader = new FileDownloader(5);
        // 启动多个线程并发下载文件
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> downloader.downloadFile("file" + i + ".txt")).start();
        }
        // 等待所有文件下载完成
        downloader.awaitAllDownloads();
    }
}