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Java并發系列之CountDownLatch源碼分析

2021-04-15 11:40勞夫子 Java教程

這篇文章主要為大家詳細介紹了Java并發系列之CountDownLatch源碼,具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

countdownlatch(閉鎖)是一個很有用的工具類,利用它我們可以攔截一個或多個線程使其在某個條件成熟后再執行。它的內部提供了一個計數器,在構造閉鎖時必須指定計數器的初始值,且計數器的初始值必須大于0。另外它還提供了一個countdown方法來操作計數器的值,每調用一次countdown方法計數器都會減1,直到計數器的值減為0時就代表條件已成熟,所有因調用await方法而阻塞的線程都會被喚醒。這就是countdownlatch的內部機制,看起來很簡單,無非就是阻塞一部分線程讓其在達到某個條件之后再執行。但是countdownlatch的應用場景卻比較廣泛,只要你腦洞夠大利用它就可以玩出各種花樣。最常見的一個應用場景是開啟多個線程同時執行某個任務,等到所有任務都執行完再統計匯總結果。下圖動態演示了閉鎖阻塞線程的整個過程。

Java并發系列之CountDownLatch源碼分析

上圖演示了有5個線程因調用await方法而被阻塞,它們需要等待計數器的值減為0才能繼續執行。計數器的初始值在構造閉鎖時被指定,后面隨著每次countdown方法的調用而減1。下面代碼貼出了countdownlatch的構造方法。

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//構造器
public countdownlatch(int count) {
   if (count < 0) throw new illegalargumentexception("count < 0");
   this.sync = new sync(count);
 }

countdownlatch只有一個帶參構造器,必須傳入一個大于0的值作為計數器初始值,否則會報錯。可以看到在構造方法中只是去new了一個sync對象并賦值給成員變量sync。和其他同步工具類一樣,countdownlatch的實現依賴于aqs,它是aqs共享模式下的一個應用。countdownlatch實現了一個內部類sync并用它去繼承aqs,這樣就能使用aqs提供的大部分方法了。下面我們就來看一下sync內部類的代碼。

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//同步器
private static final class sync extends abstractqueuedsynchronizer {
 
  //構造器
  sync(int count) {
    setstate(count);
  }
 
  //獲取當前同步狀態
  int getcount() {
    return getstate();
  }
 
  //嘗試獲取鎖
  //返回負數:表示當前線程獲取失敗
  //返回零值:表示當前線程獲取成功, 但是后繼線程不能再獲取了
  //返回正數:表示當前線程獲取成功, 并且后繼線程同樣可以獲取成功
  protected int tryacquireshared(int acquires) {
    return (getstate() == 0) ? 1 : -1;
  }
 
  //嘗試釋放鎖
  protected boolean tryreleaseshared(int releases) {
    for (;;) {
      //獲取同步狀態
      int c = getstate();
      //如果同步狀態為0, 則不能再釋放了
      if (c == 0) {
        return false;
      }
      //否則的話就將同步狀態減1
      int nextc = c-1;
      //使用cas方式更新同步狀態
      if (compareandsetstate(c, nextc)) {
        return nextc == 0;
      }
    }
  }
}

可以看到sync的構造方法會將同步狀態的值設置為傳入的參數值。之后每次調用countdown方法都會將同步狀態的值減1,這也就是計數器的實現原理。在平時使用countdownlatch工具類時最常用的兩個方法就是await方法和countdown方法。調用await方法會阻塞當前線程直到計數器為0,調用countdown方法會將計數器的值減1直到減為0。下面我們來看一下await方法是怎樣調用的。

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//導致當前線程等待, 直到門閂減少到0, 或者線程被打斷
public void await() throws interruptedexception {
  //以響應線程中斷方式獲取
  sync.acquiresharedinterruptibly(1);
}
 
//以可中斷模式獲取鎖(共享模式)
public final void acquiresharedinterruptibly(int arg) throws interruptedexception {
  //首先判斷線程是否中斷, 如果是則拋出異常
  if (thread.interrupted()) {
    throw new interruptedexception();
  }
  //1.嘗試去獲取鎖
  if (tryacquireshared(arg) < 0) {
    //2. 如果獲取失敗則進人該方法
    doacquiresharedinterruptibly(arg);
  }
}

當線程調用await方法時其實是調用到了aqs的acquiresharedinterruptibly方法,該方法是以響應線程中斷的方式來獲取鎖的,上面同樣貼出了該方法的代碼。我們可以看到在acquiresharedinterruptibly方法首先會去調用tryacquireshared方法嘗試獲取鎖。我們看到sync里面重寫的tryacquireshared方法的邏輯,方法的實現邏輯很簡單,就是判斷當前同步狀態是否為0,如果為0則返回1表明可以獲取鎖,否則返回-1表示不能獲取鎖。如果tryacquireshared方法返回1則線程能夠不必等待而繼續執行,如果返回-1那么后續就會去調用doacquiresharedinterruptibly方法讓線程進入到同步隊列里面等待。這就是調用await方法會阻塞當前線程的原理,下面看看countdown方法是怎樣將阻塞的線程喚醒的。

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//減少門閂的方法
public void countdown() {
  sync.releaseshared(1);
}
 
//釋放鎖的操作(共享模式)
public final boolean releaseshared(int arg) {
  //1.嘗試去釋放鎖
  if (tryreleaseshared(arg)) {
    //2.如果釋放成功就喚醒其他線程
    doreleaseshared();
    return true;
  }
  return false;
}

可以看到countdown方法里面調用了releaseshared方法,該方法同樣是aqs里面的方法,我們在上面也貼出了它的代碼。releaseshared方法里面首先是調用tryreleaseshared方法嘗試釋放鎖,tryreleaseshared方法在aqs里面是一個抽象方法,它的具體實現邏輯在子類sync類里面,我們在上面貼出的sync類代碼里可以找到該方法。tryreleaseshared方法如果返回true表示釋放成功,返回false表示釋放失敗,只有當將同步狀態減1后該同步狀態恰好為0時才會返回true,其他情況都是返回false。那么當tryreleaseshared返回true之后就會馬上調用doreleaseshared方法去喚醒同步隊列的所有線程。這樣就解釋了為什么最后一次調用countdown方法將計數器減為0后就會喚醒所有被阻塞的線程。countdownlatch基本的原理大致就是這些,下面我們看一個它的使用示例。

應用場景:在玩歡樂斗地主時必須等待三個玩家都到齊才可以進行發牌。

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public class player extends thread {
  
  private static int count = 1;
  private final int id = count++;
  private countdownlatch latch;
  
  public player(countdownlatch latch) {
    this.latch = latch;
  }
 
  @override
  public void run() {
    system.out.println("【玩家" + id + "】已入場");
    latch.countdown();
  }
  
  public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
    countdownlatch latch = new countdownlatch(3);
    system.out.println("牌局開始, 等待玩家入場...");
    new player(latch).start();
    new player(latch).start();
    new player(latch).start();
    latch.await();
    system.out.println("玩家已到齊, 開始發牌...");
  }
  
}

Java并發系列之CountDownLatch源碼分析

運行結果顯示發牌操作一定是在所有玩家都入場后才進行。我們將23行的latch.await()注釋掉,對比下看看結果。

Java并發系列之CountDownLatch源碼分析

可以看到在注釋掉latch.await()這行之后,就不能保證在所有玩家入場后才開始發牌了。

以上就是本文的全部內容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持服務器之家。

原文鏈接:http://www.cnblogs.com/liuyun1995/p/8528988.html

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