使用CountDownLatch可以实现等待多个线程执行完毕的功能，实现线程之间的协调，让它们按照我们期望的顺序执行，从而避免了可能出现的并发问题。
CountDownLatch是如何实现主线程等待子线程全部结束的呢？
代码用例
这里我们使用一段测试代码来理解它的原理，demo 如下：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
int nThreads = 5; // 需要等待的线程数
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(nThreads);
Random random = new Random();
for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
new Thread(() -> {
// 执行任务
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running...");
try {
Thread.sleep(random.nextInt(5000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished...");
// 任务完成，计数器减1
latch.countDown();
}).start();
}
// 等待所有线程执行完毕
latch.await();
System.out.println("All threads have finished.");
}
这个例子中，我们创建了一个CountDownLatch实例，并将需要等待的线程数设置为5。然后，我们启动5个线程来执行任务，每个线程执行的时间并不相同，并在每个线程执行完任务后调用 countDown() 方法将计数器减1。
最后，在主线程中我们调用 await() 方法来使当前线程等待，直到所有线程完成任务并计数器减为 0 为止。
原理
关键代码其实就三行。
new CountDownLatch(5) 创建 CountDownLatch 实例，设置为state 为 5,相当于是个信号量。
latch.countDown()任务执行完成，分别减少 state。
latch.await()主线程检查其他线程是否全部执行完成，否则等待。
信号量：那是多线程同步用的，一个线程完成了某一个动作就通过信号告诉别的线程，别的线程再进行某些动作。
互斥量：这是多线程互斥用的，比如说，一个线程占用了某一个资源，那么别的线程就无法访问，知道这个线程离开，其他的线程才开始可以利用这个资源。
创建对象
在创建 CountDownLatch 实例的时候，传入一个参数 5。它实现了内部类 Sync， 并且 Sync 继承了 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）类。这里设置的 State 其实就是 AQS 中的 state 成员变量。
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
//CountDownLatch.Sync
Sync(int count) {
setState(count);
}
执行countDown
设置完线信号量之后，在每个线程执行结束后会执行 latch.countDown()将 state 减一。
private final Sync sync;
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
在 releaseShared 方法中，他会尝试 state 减1，这里是一个死循环，也就是自旋锁。通过CAS的方式线程安全的修改 state的值，如果不成功，就通过自旋锁不断去尝试。
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
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;
//CAS
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}
在状态更新后会进入 doReleaseShared ，他会解锁这个队列中的所有线程。正常来说，走到这里都是运行状态的。但是如果主线程先走到了 await方法，这个队列中就会唤醒主线程检查state是否等于0。
子线程执行完后就结束了，不会添加到等待队列和同步队列中。
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
//这里说明了头节点后面是有节点的，需要被唤醒。
if (ws == Node.SIGNAL) {
//CAS更新状态
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h);
}
//head.waitStatus=0的情况有两种
//1、就是head节点没有及时更新，线程被唤醒之后获取到了锁，在更新head之前，又经过一轮循环执行到这。 但是如果节点没有及时更新就会退出。所以执行到这一步只可能是情况2
//2、head节点及时更新了，但是到了最后一个节点，它的head.waitStatus=0
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
//节点没有及时更新，就退出。
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
最后一步：等待
在主线程执行的时候，到达 await方法会检查当前的 state 是否等于0，如果不等于就返回 -1，进入 doAcquireSharedInterruptibly 逻辑。
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 检查 state 是否等于0，不等于返回-1
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
在 doAcquireSharedInterruptibly 方法中，会通过自旋锁不断检查 state。第二次自选检查的时候会被阻塞进入队列，然后等待子线程调用 countDown 方法的时候幻醒主线程，继续自选检查。
rivate void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
//自旋不断检查是否state=0
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
//第二次自旋，park等待
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
