沒看過ReentrantLock源碼，別說精通Java并發編程
引言
高手程序員與新手程序員一個簡單的判斷標準，就是有沒有使用過CountDownLatch，在互聯網公司工作超過3年的程序員基本上應該都用過。CountDownLatch中文名稱叫做閉鎖，也叫計數鎖，不過不是用來加鎖的，而是通過計數實現條件等待的功能。CountDownLatch的使用場景有兩個：
- 當前線程等待其他線程都執行完成之后，再執行。
- 所有線程滿足條件后，再一起執行。
使用示例
CountDownLatch常用的方法就兩個，countDown()方法用來將計數器減一，await()方法會阻塞當前線程，直到計數器值等于0。
場景1：
先看一下第一種場景，也是最常用的場景：
- 當前線程等待其他線程都執行完成之后，再執行。
在工作中什么時候會遇到這種場景呢？比如當前線程需要查詢3個數據庫，并且把查詢結果匯總返回給前端。查詢3個數據庫的邏輯，可以分別使用3個線程加快查詢速度。但是怎么判斷3個線程都執行結束了呢？這時候就可以使用CountDownLatch了。
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* @author 一燈架構
* @apiNote CountDownLatch測試類（場景1）
**/
public class CountDownLatchTest1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 1. 創建一個線程池，用來執行3個查詢任務
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 2. 創建一個計數鎖，數量是3
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
// 3. 啟動3個查詢任務
for (int i = 0; i < 3; i++) {
executorService.submit(() -> {
try {
// 4. 睡眠1秒，模擬任務執行過程
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 執行完成");
// 5. 任務執行完成，計數器減一
countDownLatch.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
}
});
}
// 6. 等待所有任務執行完成
countDownLatch.await();
System.out.println("所有任務執行完成。");
// 7. 關閉線程池
executorService.shutdown();
}
}輸出結果：
pool-1-thread-2 執行完成 pool-1-thread-1 執行完成 pool-1-thread-3 執行完成 所有任務執行完成。
需要注意的是，這里創建CountDownLatch計數器的時候，指定的數量是3，因為有3個任務。在3個任務沒有執行完成之前，await()方法會一直阻塞，直到3個任務都執行完成。
場景2
再看一下第二種場景，有些情況用的也比較多：
- 所有線程滿足條件后，再一起執行。
什么情況下會遇到這種場景呢？比如系統中多個任務線程存在先后依賴關系，必須等待其他線程啟動完成后，才能一起執行。
/**
* @author 一燈架構
* @apiNote CountDownLatch測試類（場景2）
**/
public class CountDownLatchTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 1. 創建一個線程池，用來執行3個任務
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 2. 創建一個計數鎖，數量是1
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
// 3. 啟動3個任務
for (int i = 0; i < 3; i++) {
executorService.submit(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 啟動完成");
// 4. 等待其他任務啟動完成
countDownLatch.await();
// 5. 睡眠1秒，模擬任務執行過程
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 執行完成");
} catch (InterruptedException e) {
}
});
}
// 6. 所有任務啟動完成，計數器減一
countDownLatch.countDown();
System.out.println("所有任務啟動完成，開始執行。");
// 7. 關閉線程池
executorService.shutdown();
}
}輸出結果：
pool-1-thread-1 啟動完成 pool-1-thread-2 啟動完成 pool-1-thread-3 啟動完成 所有任務啟動完成，開始執行。 pool-1-thread-1 執行完成 pool-1-thread-3 執行完成 pool-1-thread-2 執行完成
需要注意的是，與場景1不同，這里創建CountDownLatch計數器的時候，指定的數量是1，因為3個任務需要滿足同一個條件，就是都啟動完成，也就是只需要調用一次countDown()方法。 看完了CountDownLatch的使用方式，再看一下CountDownLatch的源碼實現。
類屬性
public class CountDownLatch {
// 只有一個Sync同步變量
private final Sync sync;
// Sync繼承自AQS，主要邏輯都在這里面
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 只有這一個構造方法，需要指定計數器數值
Sync(int count) {
setState(count);
}
int getCount() {
return getState();
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}
}跟ReentrantLock一樣，CountDownLatch也沒有直接繼承AQS，也是采用組合的方式，使用Sync同步變量實現計數的功能，而Sync同步變量才是真正繼承AQS的。
countDown方法源碼
public void countDown() {
// 底層調用父類AQS中的releaseShared()方法
sync.releaseShared(1);
}countDown()方法里面調用的是父類AQS中的releaseShared()方法，而releaseShared()方法又在調用子類Sync中tryReleaseShared()方法。
/**
* 父類AQS
*/
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
public final boolean releaseShared(int arg) {
// tryReleaseShared()由子類實現
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
// 定義抽象方法，由子類實現
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}/**
* 子類Sync
*/
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 實現父類AQS中的tryReleaseShared()方法
@Override
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0) {
return false;
}
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc)) {
return nextc == 0;
}
}
}
}而Sync同步類中tryReleaseShared()方法邏輯也很簡單，就是把同步狀態state值減一。
await源碼
await()方法底層也是調用父類中acquireSharedInterruptibly()方法，而父類AQS又需要調用子類Sync中的具體實現。
public void await() throws InterruptedException {
// 底層調用父類AQS中的releaseShared()方法
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}/**
* 父類AQS
*/
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) {
throw new InterruptedException();
}
// tryAcquireShared()由子類實現
if (tryAcquireShared(arg) < 0) {
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
}
// 定義抽象方法，由子類實現
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}子類Sync只需要實現tryAcquireShared()方法即可，而tryAcquireShared()方法的作用就是判斷鎖是否已經完全釋放，即同步狀態state=0。
/**
* 子類Sync
*/
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 實現父類AQS中的tryAcquireShared()方法
@Override
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
}總結
看完了CountDownLatch的所有源碼，是不是覺得CountDownLatch邏輯很簡單。
因為加鎖流程的編排工作已經在父類AQS中實現，子類只需要實現具體的加鎖邏輯即可，也就是實現tryReleaseShared()方法和tryAcquireShared()方法。而加鎖邏輯也很簡單，也就是修改同步狀態state的值即可。想要詳細了解父類AQS的流程，可以翻看前幾篇文章。
下篇文章再一塊學習一下共享鎖Semaphore的源碼實現。
