Java并发系列之六:CountDownLatch

news2024/11/14 15:10:12

CountDownLatch作为开发中最常用的组件,今天我们来聊聊它的作用以及内部构造。

首先尝试用一句话对CountDownLatch进行概括: CountDownLatch基于AQS,它实现了闩锁,在开发中可以将其用作任务计数器。

若想要较为系统地去理解这些特性,我觉得最好的方式就是通过源码,在一览源码之后自己再动手实践一遍,这样就能够做到知其然并知其所以然。

如果你从来没有接触过CountDownLatch,那么可能会好奇,到底什么是闩锁(Latch) ?这个组件又有什么用?在源码的开头,可以看到这么一行注释:

A synchronization aid that allows one or more threads to wait until a set of operations being performed in other threads completes."

简单直译过来就是: CountDownLatch这种同步工具允许一条或多条线程等待其他线程中的一组操作完成后,再继续执行。

例子

好像还是有点拗口,举个简单的例子来辅助理解一下。

比如我需要收集七颗龙珠才能召唤神龙,这七颗龙珠没有相互依赖关系。如果一颗一颗收集太慢了,那么更好的方式就是派出七个人,每个人都帮我去收集其中-颗,这样效率就能够大大提升。从编程的角度来说,这里需要建立七个工作线程分别同时去寻找指定编号的龙珠,然后主线程来完成召唤神龙的操作。

但这里就存在一个问题,因为每条工作线程找到相应龙珠需要花费的时间不一样,那么主线程需要等待多久?怎么才能得到“所有龙珠都已经被工作线程找到了的这个信息呢?

这里就是CountDownLatch这个同步工具的用武之地,正如它的介绍那样,它能够帮助主线程在等待其他工作线程里的任务完成之后,再继续执行。

接下来,我想从源码角度探寻一下,为什么CountDownLatch这么简单易用,它的下层是如何设计的,能不能从中学习一些思想。

尝试设计

在看源码之前,我们可以先简单思考一下,因为我们已经熟悉了AQS,在此基础上,如果让你来设计,你会尝试怎么做?

我们需要解决的问题:多个线程等待多个线程中任务的完成。为了便于表述,这里就简单称为主线程等待子线程。

既然主线程在等待,那么它就应该进入等待队列,那么它被唤醒的条件是什么?当然是子任务都完成的时候,AQS中state这个int值我觉得可以用来表示正在等待执行执行完成的任务数,每当一个任务完成就,state值就自减1,当state为0时,唤醒正在等待的主线程。

这样的大致思路,看上去没什么大问题,事实上CountDownLatch确实也是结合AQS这么做的,关键在于细节,细节是魔鬼,因为在并发场景下往往差之毫厘,谬以千里。

属性

private final Sync sync;

和ReentrantLock一样,CountDownLatch只有一个类型为内部类Sync的成员属性sync,sync被final修饰,意味着一旦初始化,就不可修改引用了。那么它的初始化时机是什么时候?

在CountDownLatch的唯一构造函数中:

public CountDownLatch(int count) {
    if (count < 0) throw new IllegalAr gumentException("count < 0");
    this.sync = new Sync(count) ;
}

其中count这个参数代表子任务的个数。

内部类

private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long ser ialVersionUID = 4982264981922014374L;

    Sync(int count) {
        setState (count) ;
    }

    int getCount() {
        return getState();
    }

    protected int tryAcqui reShared(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;
        }
    }
}

首先看到Sync继承了AQS,那么它就拥有了AQS的所有能力,再来类中的几个方法。

Sync(int count)

构造函数,参数count即AQS的state值,代表子任务的个数。

int getCount()

获取当前需要等待的任务数。

protected int tryAcquireShared(int acquires)

这个方法是对AQS内部方法的重写,方法名被shared修饰,说明用到了共享模式。

这里简单介绍一下AQS的共享模式,远离上和独占模式差别不大。主要从两个方面去理解:

1. state

独占模式下,当state为1, 代表锁正在被占用,其他想要获取锁的线程必须等待。共享模式下,state 值可以被多个线程同时修改,增加1代表当前线程获取共享锁,减去1代表当前线程释放共享锁。

2. FIFO队列

独占模式下,只有即将出队的Node中的线程被唤醒。共享模式下,除了即将出队的Node中的线程被唤醒,也会唤醒后续处于共享模式下Node中的线程。

回到方法本身,tryAcquireShared内部逻辑就是,当state为0,代表子任务全部完成,那么返回1,否则返回-1。

如果返回值是负数,则代表尝试获取锁失败,有需要的话可以进入队列等待;如果返回值是0,则代表尝试获取共享锁成功,即使后续节点也在等待共享锁,不需要唤醒后续节点;如果返回值是1,则代表尝试获取锁成功,并唤醒后续节点,前提是它也在等待共享锁。

protected boolean tryReleaseShared(int releases)

内部是一个自旋操作,当state为0, 代表子任务已经全部完成,不需要释放锁,则返回false。否则,使用CAS将state值自减1,直至state为0,说明锁已被完全释放,才返回true。

看到这边呢,有的读者可能依然一头雾水,内部类Sync中方法的逻辑,目前来看似乎和我们最初的需求没什么太直接的关联。

我们先带着这个问题再来看看公有方法的实现。

方法

public void await() throws Inter ruptedException {
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

当主线程调用await时,实际上内部调用的是AQS的acquireSharedInterruptibly方法。

public final void acqui reSharedInterruptibly(int arg) throws Inter ruptedException {
    if (Thread. interrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

而acquireSharedInterruptibly内部首先判断tryAcquireShared的返回值,如果为负数,那么再执行doAcquireSharedInterruptibly的逻辑。

我们可以这么理解:若子任务已经全部全部完成,那么await直接返回。若还存在子任务没有完成,则调用doAcquireSharedInterruptibly方法,而doAcquireSharedInterruptibly内部主要逻辑则是初始化一个封装主线程的Node节点,该节点进入AQS的FIFO队列,并等待子任务的全部完成。

逻辑细节来看doAcquireSharedInterruptibly方法的源码:

private void doAcqui reSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
    boolean failed = true;
    try {
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head) {
                int r = tryAcqui reShared(arg);
                if (r>= 0) {
                    setHeadAndPropagate(node, r);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return;
                }
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p,node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                throw new InterruptedException();
            }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

在方法的第2行将当前线程封装为Node插入FIFO队列队尾。后续逻辑和AQS独占模式类似,在这里可以看到第9-10行,当tryAcquireShared返回值为正数,说明子任务已经全部完成,此时方法将会return,调用await的主线程将会返回。

这样,从最上层的await一层层往下分析,就能理解其中的调用逻辑了。我觉得AQS是一个抽象程度比较高的框架,CountDownLatch是利用这种抽象实现了一种具体的功能。

public void countDown() {
    sync.releaseShared(1);
}

当工作线程调用countDown方法时,内部调用的是AQS的releaseShared方法。

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared() ; 
        return true;
    }
    return false;
}

大致逻辑是,如果tryReleaseShared返回值为true,则调用doReleaseShared方法,

doReleaseShared内部的大致逻辑就是唤醒后续等待的Node。

所以我们可以这么理解:当工作线程调用countDown时,若任务还没有全部完成,则直接返回;若当前任务全部完成,那么就唤醒FIFO队列中正在等待的Node,其实也就是主线程节点。

因为从CountDownLatch到AQS的调用链比较长,我这里画了一张时序图来辅助大家理解。

图中浅黄色部分为CountDownLatch的方法调用,浅绿色为AQS,浅蓝色为内部类SynC。这里模拟了在主线程中提交两个子任务。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/840465.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

(十三)大数据实战——hadoop集群之YARN高可用实现自动故障转移

前言 本节内容是关于hadoop集群下yarn服务的高可用搭建&#xff0c;以及其发生故障转移的处理&#xff0c;同样需要依赖zookeeper集群的实现&#xff0c;实现该集群搭建时&#xff0c;我们要预先保证zookeeper集群是启动状态。yarn的高可用同样依赖zookeeper的临时节点及监控&…

scanf函数读取数据 清空缓冲区

scanf函数读取数据&清空缓冲区 scanf 从输入缓冲区读取数据数据的接收数据存入缓冲区scanf 中%d读取数据scanf中%c读取数据 清空输入缓冲区例子用getchar()吸收回车练习 scanf 从输入缓冲区读取数据 首先&#xff0c;要清楚的是&#xff0c;scanf在读取数据的时候&#xff…

HttpServletRequest和HttpServletResponse的获取与使用

相关笔记&#xff1a;【JavaWeb之Servlet】 文章目录 1、Servlet复习2、HttpServletRequest的使用3、HttpServletResponse的使用4、获取HttpServletRequest和HttpServletResponse 1、Servlet复习 Servlet是JavaWeb的三大组件之一&#xff1a; ServletFilter 过滤器Listener 监…

分享一个页面

先看效果&#xff1a; 看下代码&#xff1a; <!DOCTYPE html> <html lang"en"> <head><meta charset"UTF-8"><title>顶部或底部特效</title><style>import url(//fonts.googleapis.com/css?familyLato:300:4…

(亲测解决)PyCharm 从目录下导包提示 unresolved reference(完整图解)

最近在进行一个Flask项目的过程中遇到了unresolved reference 包名的问题&#xff0c;在网上找了好久解决方案&#xff0c;并没有一个能让我一步到位解决问题的。 后来&#xff0c;我对该问题和网上的解决方案进行了分析&#xff0c;发现网上大多数都是针对项目同一目录下的py…

servlet生命周期和初始化参数传递

servlet生命周期和初始化参数传递 1、servlet生命周期 只有第一次访问才会初始化&#xff0c;之后访问都只执行service中的。 除非tomcat关闭重新启动&#xff1a; 2、初始化参数传递

在eclipse里进行Junit单元测试并生成测试报告

在eclipse里进行Junit单元测试&#xff0c;并生成测试报告 准备工作单元测试步骤1.引入Junit2.生成测试类3.生成测试报告 准备工作 eclipse里自带Junit&#xff0c;不需要下载相应jar包&#xff0c;所以你只需要新建一个Java Project&#xff0c;在里面写你想要测试的java类文…

【CodeWhisperer】亚马逊版代码生成工具

大家好&#xff0c;我是荷逸&#xff0c;今天给大家带来的是代码生成工具【CodeWhisperer】 CodeWhisperer简介 CodeWhisperer是亚⻢逊出品的一款基于机器学习的通用代码生成器&#xff0c;可实时提供代码建议。 在编写代码时&#xff0c;它会自动根据我们现有的代码和注释生…

数据特征选择 | Matlab实现具有深度度量学习的时频特征嵌入

文章目录 效果一览文章概述源码设计参考资料效果一览 文章概述 数据特征选择 | Matlab实现具有深度度量学习的时频特征嵌入。 深度度量学习尝试学习非线性特征嵌入或编码器,它可以减少来自同一类的示例之间的距离(度量)并增加来自不同类的示例之间的距离。 以这种方式工作的…

Portraiture 4.0.3 for windows/Mac简体中文版(ps人像磨皮滤镜插件)

Imagenomic Portraiture系列插件作为PS磨皮美白必备插件&#xff0c;可以说是最强&#xff0c;今天它更新到了4.0.3版本。但是全网都没有汉化包&#xff0c;经过几个日夜汉化&#xff0c;终于汉化完成可能是全网首个Portraiture 4的汉化包&#xff0c;请大家体验&#xff0c;有…

IntelliJ IDEA 如何优雅的添加文档注释(附详细图解)

IntelliJ IDEA 如何优雅的添加文档注释&#xff08;附详细图解&#xff09; &#x1f4cc;提要✍✍类注释✍✍方法注释 &#x1f4cc;提要 在开发过程中&#xff0c;最常用的注释有两种&#xff1a;类注释和方法注释&#xff0c;分别是为类和方法添加作者、日期、版本号、描述等…

[ MySQL ] — 库和表的操作

目录 库的操作 创建数据库 语法&#xff1a; 使用&#xff1a; 字符集和校验规则 查看系统默认字符集以及校验规则 查看数据库支持的字符集 查看数据库支持的字符集校验规则 校验规则对数据库的影响 操纵数据库 查看数据库 显示创建语句 修改数据库 删除数据库 备…

【Jenkins】Jenkins 安装

Jenkins 安装 文章目录 Jenkins 安装一、安装JDK二、安装jenkins三、访问 Jenkins 初始化页面 Jenkins官网地址&#xff1a;https://www.jenkins.io/zh/download/ JDK下载地址&#xff1a;https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/ 清华源下载RPM包地址&#xff…

dvwa靶场通关(十一)

第十一关&#xff1a;Reflected Cross Site Scripting (XSS) low 这一关没有任何防护&#xff0c;直接输入弹窗 <script>alert(xss)</script> 打开网页源代码&#xff0c; 从源代码中我们可以看到&#xff0c;前面是输出的第一部分Hello&#xff0c;我们输入的脚…

【C语言学习】整数的输入输出、八进制和十六进制

一、整数的输入输出 只有两种形式&#xff1a;int或long long %d:int %u:unsigned %ld:long long %lu:unsigned long long 二、八进制和十六进制 以0开头就是八进制&#xff0c;以0x开头就是十六进制。 无论是八进制还是十六进制只是如何将数字表达为字符串&#xff0c;但计…

Linux(进程)

Linux&#xff08;进程&#xff09; 1. 冯诺依曼结构体系2 . 操作系统&#xff08;OS&#xff09;3.进程task_ struct内容分类查看进程查看PID以及PPIDfork()Linux操作系统进程的状态僵尸进程孤儿进程进程优先级其他概念 1. 冯诺依曼结构体系 冯诺依曼结构也称普林斯顿结构&am…

一百四十六、Xmanager——Xmanager5连接Xshell7并控制服务器桌面

一、目的 由于kettle安装在Linux上&#xff0c;Xshell启动后需要Xmanager。而Xmanager7版本受限、没有免费版&#xff0c;所以就用Xmanager5去连接Xshell7 二、Xmanager5安装包来源 &#xff08;一&#xff09;注册码 注册码&#xff1a;101210-450789-147200 &#xff08…

css实现,正常情况下div从左到右一次排列,宽度超出时,右侧最后一个div固定住,左侧其他div滚动

需求:正常情况下 宽度超出时: 实现: <templete><div class"jieduanbox"><div v-for"(item, index) in stageList" :key"index" style"display: inline-block">.......</div><div class"rightBtn&q…

zookeeper --- 高级篇

一、zookeeper 事件监听机制 1.1、watcher概念 zookeeper提供了数据的发布/订阅功能&#xff0c;多个订阅者可同时监听某一特定主题对象&#xff0c;当该主题对象的自身状态发生变化时(例如节点内容改变、节点下的子节点列表改变等)&#xff0c;会实时、主动通知所有订阅者 …

【数据结构与算法】赫夫曼树

赫夫曼树 基本介绍 给定 n 个权值作为 n 个叶子结点&#xff0c;构造一棵二叉树&#xff0c;若该树的带权路径长度&#xff08;wpl&#xff09;达到最小&#xff0c;称这样的二叉树为最优二叉树&#xff0c;也称为哈夫曼树&#xff08;Huffman Tree&#xff09;&#xff0c;还…