深入理解 JUC：CountDownLatch

CountDownLatch 是一个同步辅助工具，用于阻塞当前一个或多个线程以等待其它线程中的操作完成。在构造 CountDownLatch 对象时，我们需要指定一个非负的 count 值，一般情况下，调用 CountDownLatch#await 方法的线程需要阻塞等待该 count 值变为 0 时才能够继续往下执行。具体示例可以参考理清 CountDownLatch 与 CyclicBarrier 的区别。

CountDownLatch 实现内幕

CountDownLatch 在实现上同样依赖于 AQS 组件，在 CountDownLatch 的内部定义了一个 Sync 内部类，该类继承自 AbstractQueuedSynchronizer，并复用 AQS 的 state 字段以记录 count 值的变化。CountDownLatch 的核心方法均委托 Sync 进行处理，实现如下：

public class CountDownLatch {

    private final Sync sync;

    public CountDownLatch(int count) {
        if (count < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("count < 0");
        }
        this.sync = new Sync(count);
    }

    public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

    public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
    }

    public void countDown() {
        sync.releaseShared(1);
    }

    public long getCount() {
        return sync.getCount();
    }

}

下面我们主要分析一下 CountDownLatch#await 和 CountDownLatch#countDown 方法的实现。

首先来看一下 CountDownLatch#await 方法，该方法用于阻塞当前线程，直到 count 值变为 0，或者被其它线程中断。具体实现上，CountDownLatch 直接将请求委托给 AQS 的 AbstractQueuedSynchronizer#acquireSharedInterruptibly 方法进行处理，所以我们下面主要来看一下 CountDownLatch 针对模板方法 AbstractQueuedSynchronizer#tryAcquireShared 的实现，如下：

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protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}

实现上非常简单，获取并判定状态值是否为 0，如果是则说明当前线程获取资源成功，能够继续往下执行，否则说明当前线程获取资源失败，需要被添加到同步队列阻塞等待。CountDownLatch 还为 CountDownLatch#await 方法定义了超时版本 CountDownLatch#await(long, TimeUnit)。

继续来看一下 CountDownLatch#countDown 方法，该方法用于将 count 值减 1，如果发现 count 值变为 0，则唤醒阻塞等待的线程。具体实现上，CountDownLatch 同样直接将请求委托给 AQS 的 AbstractQueuedSynchronizer#releaseShared 方法进行处理，所以我们下面主要来看一下 CountDownLatch 针对模板方法 AbstractQueuedSynchronizer#tryReleaseShared 的实现，如下：

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
    // Decrement count; signal when transition to zero
    for (; ; ) {
        // 获取 state 状态值
        int c = getState();
        // 如果已经为 0 则说明没有资源可以释放，直接返回 false，避免 state 变为负值
        if (c == 0) {
            return false;
        }
        // 资源数减 1
        int nextc = c - 1;
        if (compareAndSetState(c, nextc)) {
            // 如果为 0，则说明资源全部释放完毕，此时需要唤醒等待的线程
            return nextc == 0;
        }
    }
}

具体实现如代码注释，比较简单。需要注意的一点就是上面步骤中的判 0 操作，刚开始看的时候可能觉得有点多余，但是这一步的主要作用在于保证 state 值不会变为负值。当前 count 值变为 0 时，上述方法会返回 true，接下去 AQS 会执行唤醒之前因为 count 值不为 0 而被打入同步队列的线程。

总结

CountDownLatch 的实现机制到此就分析完了，因为依赖于 AQS，所以 CountDownLatch 在实现上变得十分简单，但是功能却很强大。下一篇我们将要分析与 CountDownLatch 极为容易混淆的 CyclicBarrier 组件，从实现层面去理清二者的区别。

参考

JDK 1.8 源码
The java.util.concurrent Synchronizer Framework