CountDownLatch

正如每个Java文档所描述的那样，CountDownLatch是一个同步工具类，它允许一个或多个线程一直等待，直到其他线程的操作执行完后再执行。在Java并发中，CountDownLatch的概念是一个常见的面试题，所以一定要确保你很好的理解了它。

CountDownLatch是什么

CountDownLatch是在java1.5被引入的，跟它一起被引入的并发工具类还有CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrentHashMap和BlockingQueue，它们都存在于java.util.concurrent包下。CountDownLatch这个类能够使一个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。例如，应用程序的主线程希望在负责启动框架服务的线程已经启动所有的框架服务之后再执行。
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

CountDownLatch如何工作

CountDownLatch.java类中定义的构造函数：

 public CountDownLatch(int count) {        if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");        this.sync = new Sync(count);    }  private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {        private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;        Sync(int count) {            setState(count);        }        int getCount() {            return getState();        }        protected int tryAcquireShared(int acquires) {            return (getState() == 0) ? 1 : -1;        }        protected boolean tryReleaseShared(int releases) {            // Decrement count; signal when transition to zero            for (;;) {                int c = getState();                if (c == 0)                    return false;                int nextc = c-1;                if (compareAndSetState(c, nextc))                    return nextc == 0;            }        }    }    private final Sync sync;

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。
CountDownLatch方法摘要：

在实时系统中的使用场景

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。

CountDownLatch使用例子

public long timeTasks(int nTreads, final Runnable task) throws InterruptedException {        final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);        final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nTreads);        for (int i = 0; i < nTreads; i++) {            Thread t = new Thread() {                @Override                public void run() {                    try {                        startGate.await();                        try {                            task.run();                        } finally {                            endGate.countDown();                        }                    } catch (InterruptedException e) {                    }                }            };            t.start();        }        long start = System.nanoTime();        startGate.countDown();        endGate.await();        long end = System.nanoTime();        return end - start;    }

该例子创建一定数量的线程，利用他们并发的执行指定的任务。它使用了两个闭锁，分别表示“起始门”和“结束门”。起始门的计数器的初始值为1，而结束门的计数器的初始值为工作线程的数量。每个工作线程首先要做的事就是在起始门上等待，从而确保所有的线程都就绪后才开始执行。而每个工作线程要做的最后一件事情就是调用结束门的countDown方法将结束门的计数器减1，这能使主线程高效地等待直到所有的工作线程都执行完成，因此可以统计消耗的时间。

常见面试题

• 解释一下CountDownLatch概念?
• CountDownLatch 和CyclicBarrier的不同之处?
• 给出一些CountDownLatch使用的例子?
• CountDownLatch 类中主要的方法?