引言

在Java并发编程中，CountdownLatch 是一个非常实用的同步工具类，它允许一个或多个线程等待其他线程完成一组操作后再继续执行。这种机制在需要等待多个线程完成任务时非常有用，比如初始化数据、加载资源文件等场景。

本文将从CountdownLatch的用法和底层原理两个方面进行详细介绍。

CountdownLatch的用法

基本概念

CountdownLatch 初始化时设置一个计数器，该计数器表示需要等待的线程数量。每当有一个线程完成了任务，就将计数器减1。当计数器减至0时，那些因为调用await()方法而等待的线程就会被唤醒，继续执行后面的代码。

主要方法

CountdownLatch(int count)：构造函数，初始化计数器的值。
void countDown()：将计数器的值减1。如果计数器的值变为0，则所有等待的线程都会被唤醒。
void await()：使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，除非线程被中断。
boolean await(long timeout, TimeUnit unit)：使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直等待，或者超出了指定的等待时间，则返回false。如果在等待过程中被中断，则抛出InterruptedException。

使用示例

假设我们有一个场景，需要等待5个线程完成任务后再继续执行。下面是一个简单的使用示例：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CountdownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int threadCount = 5;
        CountdownLatch latch = new CountdownLatch(threadCount);

        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(threadCount);

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            executor.submit(() -> {
                try {
                    // 模拟任务执行
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
                // 任务完成，计数器减1
                latch.countDown();
                System.out.println("任务执行完成，剩余等待线程数：" + latch.getCount());
            });
        }

        // 等待所有任务完成
        latch.await();
        System.out.println("所有任务执行完成，继续执行后续操作...");

        executor.shutdown();
    }
}

CountdownLatch的底层原理

类继承关系

CountdownLatch 类实现了java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）类的一个子类，它利用AQS提供的共享锁（Shared Lock）机制来实现计数器的同步操作。

AQS简介

AQS 是一个用于构建锁和其他同步类的框架。它提供了一个FIFO（先进先出）队列来管理那些已经被阻塞的线程，并且提供了一个共享的int状态值来表示锁的状态或计数器的值。CountdownLatch 使用AQS的共享锁机制，将计数器的值作为AQS的状态值。

核心实现

状态值（State）：在CountdownLatch中，AQS的状态值用于表示需要等待的线程数量（即计数器的值）。
countDown() 方法：通过调用AQS的tryReleaseShared(int releases)方法将计数器的值减1。如果减1后的值为0，则表示所有线程都已经完成任务，此时会唤醒那些因调用await()方法而阻塞的线程。
await() 方法：调用AQS的acquireSharedInterruptibly(int arg)方法使当前线程进入等待状态。如果计数器的值不为0，则线程会被放入AQS的等待队列中。一旦计数器的值变为0，或者线程在等待过程中被中断，线程就会从等待队列中移除，并继续执行后续代码。

总结

CountdownLatch 是Java并发编程中一个非常实用的同步工具类，它通过计数器的方式实现了线程间的同步等待。其底层通过AQS的共享锁机制来实现计数器的同步操作，具有高效、灵活的特点。

通过本文的介绍，希望读者能够深入理解CountdownLatch的用法和底层原理，并在实际开发中灵活运用。

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Java中CountdownLatch的用法与底层原理详解

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