CountDownLatch 源码揭秘：深度解析 Java 中的并发协调机制

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2023-12-06 04:24:26

深入剖析 CountDownLatch：Java 并发编程中的同步利器

什么是 CountDownLatch？

CountDownLatch 是一种 Java 并发工具，允许一个或多个线程等待其他线程完成任务。它本质上是一个计数器，每当一个线程完成任务时，这个计数器就会递减。当计数器达到零时，所有等待的线程都会被唤醒。

使用场景

CountDownLatch 在并发编程中非常有用，特别是以下场景：

等待任务组完成： 当需要等待一组任务完成后，可以使用 CountDownLatch 确保在所有任务完成前不会继续执行。
协调线程： CountDownLatch 可用于协调线程，例如等待所有线程初始化完毕再开始执行。
限制并发访问： CountDownLatch 可用于限制对共享资源的并发访问，例如确保只有一个线程在特定时间访问数据库。

内部实现

CountDownLatch 的内部实现很简单。它使用了一个 AtomicInteger 作为计数器，以及一个 Condition 作为等待线程的条件变量。每当一个线程调用 countDown() 方法时，计数器就会递减。当计数器达到零时，条件变量被唤醒，所有等待的线程都会被唤醒。

性能调优

CountDownLatch 虽然非常有用，但在某些情况下也可能成为性能瓶颈。以下是一些优化 CountDownLatch 性能的技巧：

避免过度使用： 仅在需要时使用 CountDownLatch，因为创建和销毁 CountDownLatch 对象会产生开销。
使用合适的计数器： 根据要等待的任务数量选择合适的计数器值。过大的计数器会造成不必要的开销，而过小的计数器可能会导致线程饥饿。
考虑替代方案： 如果可能，可以考虑使用其他同步工具，例如 Semaphore 或 Phaser，它们在某些情况下可能比 CountDownLatch 更有效率。

代码示例

以下是一个使用 CountDownLatch 的示例代码：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个计数为 5 的 CountDownLatch
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);

        // 创建 5 个线程，每个线程递减计数器
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                // 执行任务
                System.out.println("任务 " + Thread.currentThread().getName() + " 完成");

                // 递减计数器
                latch.countDown();
            }).start();
        }

        // 等待所有任务完成
        try {
            latch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 所有任务完成后执行的操作
        System.out.println("所有任务已完成");
    }
}

常见问题解答

为什么使用 CountDownLatch 而不是 wait() 和 notifyAll()？
CountDownLatch 旨在用于并发编程，它比 wait() 和 notifyAll() 更适合处理多个线程之间的同步。
CountDownLatch 和 CyclicBarrier 有什么区别？
CyclicBarrier 也用于等待一组线程完成任务，但它允许线程在完成任务后重置并再次等待。而 CountDownLatch 是一次性的，一旦计数器达到零，它就不可重置。
CountDownLatch 会造成线程饥饿吗？
是的，如果计数器太小，可能会导致线程饥饿。
如何避免 CountDownLatch 性能瓶颈？
可以遵循本文提供的性能调优技巧，例如避免过度使用、使用合适的计数器和考虑替代方案。
CountDownLatch 是否适用于所有并发编程场景？
否，CountDownLatch 适用于特定场景，如等待任务组完成或协调线程。对于其他场景，可能需要使用其他同步工具。