并发编程之CountDownLatch

一、CountDownLatch简介

CountDownLatch是一个同步的辅助类，它可以允许一个或多个线程等待，直到一组在其它线程中的操作执行完成。

CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

CountDownLatch的伪代码如下所示：

//Main thread start

//Create CountDownLatch for N threads

//Create and start N threads

//Main thread wait on latch

//N threads completes there tasks are returns

//Main thread resume execution

二、CountDownLatch如何工作

CountDownLatch.java类中定义的构造函数：

//Constructs a CountDownLatch initialized with the given count.

public void CountDownLatch(int count) {...}

构造器中的计数值（count）实际上就是闭锁需要等待的线程数量。这个值只能被设置一次，而且CountDownLatch没有提供任何机制去重新设置这个计数值。

与CountDownLatch的第一次交互是主线程等待其他线程。主线程必须在启动其他线程后立即调用CountDownLatch.await()方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务。

其他N 个线程必须引用闭锁对象，因为他们需要通知CountDownLatch对象，他们已经完成了各自的任务。这种通知机制是通过 CountDownLatch.countDown()方法来完成的；每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的count值就减1。所以当N个线程都调用了这个方法，count的值等于0，然后主线程就能通过await()方法，恢复执行自己的任务。

三、Countdownlatch使用场景

1.实现最大的并行性：有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。

2.开始执行前等待n个线程完成各自任务：例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有N个外部系统已经启动和运行了。

3.死锁检测：一个非常方便的使用场景是，你可以使用n个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁。

四、实例

通过CountDownLatch来实现主线程和子线程通信，主线程发送命令启动子线程，子线程全部完成后通知主线程。

代码：

public class CountDownLatchTest {
    public static void main(String[] args) {
        final CountDownLatch cdOrder = new CountDownLatch(1);
        final CountDownLatch cdAnswer = new CountDownLatch(3);
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            Runnable runnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在等待命令");
                        cdOrder.await();//子线程等待
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"接受命令");
                        Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"发出应答");
                        cdAnswer.countDown();//当cdAnswer为0时，主线程收到回复
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            threadPool.execute(runnable);
        }
        /*
         * 主线程
         */
        try {
            Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"即将发出命令");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"发出命令");
            cdOrder.countDown();//启动子线程
            cdAnswer.await();//等待子线程回复
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"收到应答");
        } catch (InterruptedException e1) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e1.printStackTrace();
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

注意：CountDownLatch只能启用一次，不能被重置。如果需要考虑重置，选择CyclicBarrier。