老司机发车了，CountDownLatch到底等不等你呀

　　前几天我们把ReentrantLock的原理进行了详细的讲解，不熟悉的同学可以翻看前文，今天我们介绍另一种基于AQS的同步工具CountDownLatch。
　　CountDownLatch被称为倒计时器，也叫闭锁，是juc包下的工具类，同时也是共享锁的一种实现。它的作用是可以让一个或多个线程等待，直到所有线程的任务都执行完之后再继续往下执行。
　　举个简单的例子：阿Q高中时期都是乘坐大巴往返于县城与农村，那时的司机为了利益的最大化，会在汽车满员的情况下才会发车。
　　如果我们把乘客去车站乘车比作一个一个的线程，那CountDownLatch做的事就是等大家到齐之前的等待工作。
　　我们从源码的角度来分析下它的工作原理
　　谁来决定公交车上的座位数？
　　公交车上的座位数是由汽车制造商决定的，在CountDownLatch中也会存在这样一个值count，用来表示需要等待的线程个数。
　　count值是在CountDownLatch的构造函数中进行初始化的publicCountDownLatch（intcount）｛if（count0）thrownewIllegalArgumentException（count0）；this。syncnewSync（count）；｝Sync（intcount）｛设置AQS中的state为count值setState（count）；｝
　　计数值count是一次性的，当它的值减为0后就不会再变化了，这也是其存在的不足之处。
　　谁来确定乘客全部到齐？
　　在汽车发车前检票员会对车上的乘客数量进行清点，如果满员了就会通知司机开车。
　　当然也可以采用这种方法：在得知车座位数的前提下，每上来一位乘客，座位数进行减一操作。CountDownLatch就是采用的上述方法，它的countDown（）方法会对state的值执行减1操作。
　　让我们从源码的角度来认识一下该方法。publicvoidcountDown（）｛释放共享锁sync。releaseShared（1）；｝publicfinalbooleanreleaseShared（intarg）｛if（tryReleaseShared（arg））｛doReleaseShared（）；returntrue；｝returnfalse；｝
　　先尝试释放锁，如果返回true，则执行释放操作，反之不执行。我们分析下上边的两个方法protectedbooleantryReleaseShared（intreleases）｛for（；；）｛获取当前等待的线程数量intcgetState（）；等待线程数为0，表示没有等待线程，故不需要释放锁资源if（c0）returnfalse；执行减1操作intnextcc1；自旋CAS将state的属性值1if（compareAndSetState（c，nextc））returnnextc0；｝｝
　　最后一步中，如果减一之后为0，则说明没有其它线程等待，需要执行释放锁操作，返回true，反之不需要。
　　在开始分析doReleaseShared（）之前，我们先来补全一下AQS中waitStatus的状态说明初始化状态：0，表示当前节点在同步队列中，等待获取锁；CANCELLED：1，表示当前节点取消获取锁；SIGNAL：1，表示后续节点等待当前节点唤醒；CONDITION：2，表示当前线程正在条件等待队列中；PROPAGATE：3，共享模式，前置节点唤醒后续节点后，唤醒操作无条件传播下去；释放锁：唤醒后续节点privatevoiddoReleaseShared（）｛for（；；）｛Nodehhead；不是null且不为尾节点，因为尾节点没有后续节点需要唤醒了if（h！nullh！tail）｛intwsh。waitStatus；只有状态为1才可以唤醒后续节点if（wsNode。SIGNAL）｛将waitStatus设置为0失败会继续循环if（！compareAndSetWaitStatus（h，Node。SIGNAL，0））continue；unparkSuccessor（h）；｝将waitStatus设置为PROPAGATE失败会继续循环elseif（ws0！compareAndSetWaitStatus（h，0，Node。PROPAGATE））continue；｝if（hhead）break；｝｝
　　unparkSuccessor（）方法用于唤醒AQS中被挂起的线程，在ReentrantLock的原理中讲过了，此处不再赘述。
　　小结：当线程使用countDown（）方法时，其实是使用了tryReleaseShared（）方法以CAS的操作来减少state，直至state为0，进而释放锁资源，唤醒后续节点。
　　谁来发车？
　　肯定是司机来发车呀，那我们的CountDownLatch是如何实现的呢？
　　CountDownLatch中的await（）方法，就是等待线程的总开关，当发现state的值为0时会释放所有的等待线程，发车了。
　　我们从源码角度来看下它是如何工作的publicvoidawait（）throwsInterruptedException｛sync。acquireSharedInterruptibly（1）；｝publicfinalvoidacquireSharedInterruptibly（intarg）throwsInterruptedException｛如果线程中断了，直接抛出中断异常if（Thread。interrupted（））thrownewInterruptedException（）；如果小于0，代表state不为0，即还有任务未执行完毕，会执行获取共享锁的操作if（tryAcquireShared（arg）0）doAcquireSharedInterruptibly（arg）；｝protectedinttryAcquireShared（intacquires）｛return（getState（）0）？1：1；｝
　　我们来看看它到底是如何获取共享锁的privatevoiddoAcquireSharedInterruptibly（intarg）throwsInterruptedException｛将当前线程封装成node放到队尾finalNodenodeaddWaiter（Node。SHARED）；booleanfailedtrue；try｛for（；；）｛finalNodepnode。predecessor（）；if（phead）｛intrtryAcquireShared（arg）；state为0，表示此时等待线程全部执行完毕，r为1。if（r0）｛setHeadAndPropagate（node，r）；p。nextnull；failedfalse；return；｝｝从当前node节点向前寻找有效节点，并保证有效节点的waitStatus状态为1if（shouldParkAfterFailedAcquire（p，node）挂起线程parkAndCheckInterrupt（））在拿锁的期间，如果被中断了，那么会抛出异常，取消拿锁thrownewInterruptedException（）；｝｝finally｛if（failed）将当前节点设置为失效节点，并挂到最近的有效节点后边，上文中有图解cancelAcquire（node）；｝｝
　　其中最重要的就是setHeadAndPropagate（）方法privatevoidsetHeadAndPropagate（Nodenode，intpropagate）｛Nodehhead；将当前node设置为head，并将node的线程置为空setHead（node）；if（propagate0hnullh。waitStatus0（hhead）nullh。waitStatus0）｛Nodesnode。next；if（snulls。isShared（））释放锁：唤醒后续节点doReleaseShared（）；｝｝
　　小结：当线程使用await（）方法时会将当前线程封装成node加入AQS队列中，如果发现state不为0，说明还有任务未执行完成，继续阻塞；如果state为0，会释放掉所有的等待线程，执行await（）之后的数据。
　　流程图了解一下
　　理论讲完了，那我们用代码来演示下上边的例子publicstaticvoidmain（String〔〕args）throwsInterruptedException｛intcount10；设置线程池并发数ExecutorServiceexecutorServiceExecutors。newFixedThreadPool（count）；假设大巴可以拉十个乘客，初始化stateCountDownLatchcountDownLatchnewCountDownLatch（count）；for（inti0；icount；i）｛finalintnumi；executorService。execute（（）｛try｛Thread。sleep（（long）（newRandom（）。nextDouble（）3000）1000）；System。out。println（乘客坐在了（num1）号座位上）；｝catch（InterruptedExceptionexception）｛exception。printStackTrace（）；｝finally｛countDownLatch。countDown（）；｝｝）；｝System。out。println（司机等待乘客上车）；countDownLatch。await（）；System。out。println（发车了）；executorService。shutdown（）；｝
　　执行结果如下：
　　细心地同学肯定会问了：如果遇上刮风下雨，来坐车的人少了，那已经上车的乘客岂不是回不了家了？
　　当然不是了，大巴其实也是有时间观念的，即使车上的乘客不满员到了一定的时间司机也会发车的，另外还会在路上顺道稍几个人上车。那我们的CountDownLatch是如何实现的呢？
　　CountDownLatch还提供了一个await（longtimeout，TimeUnitunit）方法，在一定的时间间隔内会阻塞当前线程，等待count个线程执行任务，一旦超出了等待时间，便会继续往下执行。
　　我们将上边的countDownLatch。await（）；替换为countDownLatch。await（3，TimeUnit。SECONDS）；，执行结果如下所示
　　上文中的例子是CountDownLatch的其中一种用法，即主线程等待其他线程执行完毕之后再执行。它还有另一种用法，即实现多个线程开始执行任务的最大并行性，类似发令枪响前，运动员统一在起跑线就位的场景。publicstaticvoidmain（String〔〕args）throwsInterruptedException｛设置线程池并发数ExecutorServiceexecutorServiceExecutors。newFixedThreadPool（10）；CountDownLatchcountDownLatchnewCountDownLatch（1）；一组有6名运动员for（inti0；i6；i）｛finalintnumi；executorService。execute（（）｛try｛System。out。println（运动员（num1）等待发令枪响）；countDownLatch。await（）；System。out。println（运动员（num1）开始起跑）；｝catch（InterruptedExceptionexception）｛exception。printStackTrace（）；｝｝）；｝Thread。sleep（3000）；countDownLatch。countDown（）；System。out。println（发令枪响）；executorService。shutdown（）；｝
　　执行结果如下
　　说了这么多，都是样例？你有没有在项目中应用过呢？
　　回答当然是Yes了，之前的运营端有个统计页面，要求统计用户新增数量、订单数量、商品交易总额等多张表的指标值，为了提高执行速率，我就启用了多个子线程分别去统计，用CountDownLatch来等待它们的统计结果。