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目录
前言
CountDownLatch 的基本原理
CountDownLatch 基本用法
CountDownLatch 示例
使用CountDownLatch实现压测
总结
前言
当多个线程需要协调和同步执行任务时，Java 中的 CountDownLatch（倒计时器）是一个常用的工具类。它可以帮助开发者实现线程之间的同步，确保某些线程在其他线程完成任务后再继续执行。本文将介绍 CountDownLatch 的基本原理、用法以及示例代码，最后会使用CountDownLatch完成一个简单的压测实现。
CountDownLatch 的基本原理
CountDownLatch 是基于计数器的原理实现的，它内部维护了一个整型的计数器。创建一个 CountDownLatch 对象时，需要指定一个初始计数值，该计数值表示需要等待的线程数量。每当一个线程完成了其任务，它调用 CountDownLatch 的 countDown() 方法，计数器的值就会减一。当计数器的值变成 0 时，等待的线程就会被唤醒，继续执行它们的任务。
CountDownLatch 基本用法
CountDownLatch 在多线程编程中有广泛的应用场景，例如主线程等待所有子线程完成任务后再继续执行，多个线程协同完成一个任务等。以下是 CountDownLatch 的基本用法：
创建 CountDownLatch 对象，并指定初始计数值。
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 初始计数值为 3
创建需要等待的线程，线程完成任务后调用 countDown() 方法。
Runnable task = new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 线程任务逻辑// ...latch.countDown(); // 完成任务后调用 countDown()}
};
创建等待线程，等待计数器的值变成 0 后再继续执行。
try {latch.await(); // 等待计数器的值变成 0// 继续执行需要等待的线程后续逻辑
} catch (InterruptedException e) {// 处理中断异常e.printStackTrace();
}
CountDownLatch 示例
下面再通过一个简单的示例代码来演示 CountDownLatch 的用法。假设有一个需求，需要三个工人协同完成一项任务，主线程需要等待三个工人完成任务后才能继续执行。示例代码如下：
import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchExample {public static void main(String[] args) {final int workerCount = 3;final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(workerCount);// 创建并启动三个工人线程for (int i = 0; i < workerCount; i++) {Worker worker = new Worker(latch, "Worker " + (i + 1));new Thread(worker).start();}try {System.out.println("Main thread is waiting for workers to finish...");latch.await(); // 主线程等待三个工人线程完成任务System.out.println("All workers have finished, main thread continues...");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}static class Worker implements Runnable {private final CountDownLatch latch;private final String name;public Worker(CountDownLatch latch, String name) {this.latch = latch;this.name = name;}@Overridepublic void run() {System.out.println(name + " starts working...");// 模拟工作耗时try {Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(name + " finishes working.");latch.countDown(); // 工人完成任务后调用 countDown()}}
}
在上述代码中，首先创建了一个 CountDownLatch 对象，并指定初始计数值为 3。然后创建了三个工人线程并启动，每个工人线程模拟完成一项工作后调用 countDown() 方法，计数器的值减一。最后，主线程调用 await() 方法等待计数器的值变成 0，表示所有工人都完成任务后再继续执行。
运行该程序后，输出结果如下：
Worker 1 starts working...
Worker 2 starts working...
Worker 3 starts working...
Main thread is waiting for workers to finish...
Worker 2 finishes working.
Worker 1 finishes working.
Worker 3 finishes working.
All workers have finished, main thread continues...
可以看到，主线程在三个工人线程完成任务后才继续执行，并且所有工人线程的完成顺序是不确定的，但主线程会一直等待直到所有工人完成任务。
扩展：上面的worker线程运行是没有顺序的，我们可以使用join()来使线程有序等待上一个线程运行结束。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {final int workerCount = 3;final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(workerCount);System.out.println("Main thread is waiting for workers to finish...");// 创建并启动三个工人线程for (int i = 0; i < workerCount; i++) {Worker worker = new Worker(latch, "Worker " + (i + 1));Thread t = new Thread(worker);t.start();t.join(); // 等待上一个线程执行完成}try {latch.await(); // 主线程等待三个工人线程完成任务System.out.println("All workers have finished, main thread continues...");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
}
输出结果：
Main thread is waiting for workers to finish...
Worker 1 starts working...
Worker 1 finishes working.
Worker 2 starts working...
Worker 2 finishes working.
Worker 3 starts working...
Worker 3 finishes working.
All workers have finished, main thread continues...
CountDownLatch 和 join 的作用和使用方式不同。CountDownLatch 用于等待多个线程完成任务后再继续执行，而 join 用于等待一个线程执行完毕后再继续执行。另外，CountDownLatch 是基于计数器的实现，可以灵活地控制线程的数量和完成顺序；而 join 方法只能等待单个线程执行完毕。
使用CountDownLatch实现压测
我们以上讲解了CountDownLatch的简单使用，接下来就利用CountDownLatch实现一个简单的压测程序，小伙伴可以在此基础上进行扩展
@Slf4j
public class concurrenceTest {public static void concurrenceTest() {/*** 模拟高并发情况代码*/final AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1000); // 相当于计数器，当所有都准备好了，再一起执行，模仿多并发，保证并发量final CountDownLatch countDownLatch2 = new CountDownLatch(1000); // 保证所有线程执行完了再打印atomicInteger的值ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);try {for (int i = 0; i < 1000; i++) {executorService.submit(() -> {try {countDownLatch.await(); //一直阻塞当前线程，直到计时器的值为0,保证同时并发} catch (InterruptedException e) {log.error(e.getMessage(), e);}//每个线程增加1000次，每次加1for (int j = 0; j < 1000; j++) {// 用业务代码替换atomicInteger.incrementAndGet();}countDownLatch2.countDown();});countDownLatch.countDown();}countDownLatch2.await();// 保证所有线程执行完executorService.shutdown();log.info("atomicInteger的值为:{}", atomicInteger.get());} catch (Exception e) {log.error(e.getMessage(), e);}}public static void main(String[] args) {concurrenceTest();}
}在上述代码中，我们循环添加1000个任务到executorService 线程池中， 并让每一个线程在加入到线程池后阻塞等待，每加入一个线程countDownLatch就减一，直到全部线程都加入到线程池中，线程池中的线程会停止阻塞开始执行，也就模拟了并发场景，可以自行调整线程池的线程数大小来调节压测压力。
总结
CountDownLatch 是一个非常实用的线程同步工具，在多线程编程中有着广泛的应用。它基于计数器的原理实现，通过等待计数器的值变成 0 来实现线程的同步和协作。在使用 CountDownLatch 时，需要注意初始计数值的设定和 countDown() 和 await() 方法的使用。
