在并发编程的场景中，最常见的一个case是某个任务的执行，需要等到多个线程都执行完毕之后才可以进行，CountDownLatch可以很好解决这个问题

下面将主要从使用和实现原理两个方面进行说明，围绕点如下

1. CountDownLatch 是个什么鬼

2. 怎么用（结合case说明）

3. 底层实现原理（及如何保障功能的正常性）

I. 使用说明

同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待

比较有意思的是，CountDownLatch并未继承自其他的类or接口，在jdk中这样的类并不多见（多半是我孤陋寡闻）

0. 接口定义

在使用之前，得先了解下其定义的几个方法

也就几个接口，基本上都是比较常见的了，需要注意的是不要把await()和Object#wait()方法弄混了，否则就gg思密达了...

1. Demo演示

依然以讲解ReentrantLock中的例子来说明，多线程实现累加

实现如下

输出

看了上面的定义和Demo之后，使用就会简单一点了，一般流程如

1. 首先是创建实例

   CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(2)

2. 需要同步的线程执行完之后，计数-1；

   countDown.countDown()

3. 需要等待其他线程执行完毕之后，再运行的线程，调用countDown.await()实现阻塞同步

注意

• 在创建实例是，必须指定初始的计数值，且应大于0

• 必须有线程中显示的调用了countDown()计数-1方法；必须有线程显示调用了await()方法（没有这个就没有必要使用CountDownLatch了）

• 由于await()方法会阻塞到计数为0，如果在代码逻辑中某个线程漏掉了计数-1，导致最终计数一直大于0，直接导致死锁了

• 鉴于上面一点，更多的推荐await(long, TimeUnit)来替代直接使用await()方法，至少不会造成阻塞死只能重启的情况

有兴趣的小伙伴可以对比下这个实现与《Java并发学习之ReentrantLock的工作原理及使用姿势》中的demo，明显感觉使用CountDownLatch优雅得多（后面有机会介绍用更有意思的Fork/Join来实现累加）

2. 应用场景

前面给了一个demo演示如何用，那这个东西在实际的业务场景中是否会用到呢？

因为确实在一个业务场景中使用到了，不然也就不会单独捞出这一节...

电商的详情页，由众多的数据拼装组成，如可以分成一下几个模块

• 交易的收发货地址，销量

• 商品的基本信息（标题，图文详情之类的）

• 推荐的商品列表

• 评价的内容

• ....

上面的几个模块信息，都是从不同的服务获取信息，且彼此没啥关联；所以为了提高响应，完全可以做成并发获取数据，如

• 线程1获取交易相关数据

• 线程2获取商品基本信息

• 线程3获取推荐的信息

• 线程4获取评价信息

• ....

但是最终拼装数据并返回给前端，需要等到上面的所有信息都获取完毕之后，才能返回，这个场景就非常的适合CountDownLatch来做了

1. 在拼装完整数据的线程中调用CountDownLatch#await(long, TimeUnit)等待所有的模块信息返回

2. 每个模块信息的获取，由一个独立的线程执行；执行完毕之后调用CountDownLatch#countDown()进行计数-1

II. 实现原理

同ReentrantLock一样，依然是借助AQS的双端队列，来实现原子的计数-1，线程阻塞和唤醒

前面《Java并发学习之ReentrantLock的工作原理及使用姿势》介绍了AQS的结构，方便查看，下面直接贴出

0. AbstractQueuedSynchronizer （简称AQS）

AQS是一个用于构建锁和同步容器的框架。事实上concurrent包内许多类都是基于AQS构建，例如ReentrantLock，Semaphore，CountDownLatch，ReentrantReadWriteLock，FutureTask等。AQS解决了在实现同步容器时设计的大量细节问题

AQS使用一个FIFO的队列表示排队等待锁的线程，队列头节点称作“哨兵节点”或者“哑节点”，它不与任何线程关联。其他的节点与等待线程关联，每个节点维护一个等待状态waitStatus

1. 计数器的初始化

CountDownLatch内部实现了AQS，并覆盖了tryAcquireShared()和tryReleaseShared()两个方法，下面说明干嘛用的

通过前面的使用，清楚了计数器的构造必须指定计数值,这个直接初始化了 AQS内部的state变量

后续的计数-1/判断是否可用都是基于sate进行的

2. countDown() 计数-1的实现

上面截出计数减1的完整调用链

1. 尝试释放锁tryReleaseShared，实现计数-1

• 若计数已经小于0，则直接返回false

• 否则执行计数(AQS的state)减一

• 若减完之后，state==0，表示没有线程占用锁，即释放成功，然后就需要唤醒被阻塞的线程了

1. 释放并唤醒阻塞线程doReleaseShared

• 如果队列为空，即表示没有线程被阻塞（也就是说没有线程调用了 CountDownLatch#wait()方法），直接退出

• 头结点如果为SIGNAL, 则依次唤醒头结点下个节点上关联的线程，并出队

疑问一：看到这个实现，是不是只要countDownLatch的计数为0了，所有被阻塞的线程都会被执行？

改下上面的demo，新增线程4，实现线程2的结果-线程1的结果

输出如下

上面的实现中，线程3中sleep一段时间，确保线程4的计算会优先执行；线程4计算完成之后的sleep时间，以保证线程3计算完成并输出结果，然后线程4才输出结果；结合输出，这个期望是准确的，也就是说，线程3和线程4被唤醒后是并发执行的，没有先后阻塞顺序

即CountDownLatch计数为0之后，所有被阻塞的线程都会被唤醒，且彼此相对独立，不会出现独占锁阻塞的问题

3. await() 阻塞等待计数为0

阻塞的逻辑相对简单

1. 判断state计数是否为0，不是，则直接放过执行后面的代码

2. 大于0，则表示需要阻塞等待计数为0

3. 当前线程封装Node对象，进入阻塞队列

4. 然后就是循环尝试获取锁，直到成功（即state为0）后出队，继续执行线程后续代码

III. 小结

1. 使用注意

• 在创建实例时，必须指定初始的计数值，且应大于0

• 必须有线程中显示的调用了countDown()计数-1方法；必须有线程显示调用了await()方法（没有这个就没有必要使用CountDownLatch了）

• 由于await()方法会阻塞到计数为0，如果在代码逻辑中某个线程漏掉了计数-1，导致最终计数一直大于0，直接导致死锁了；

• 鉴于上面一点，更多的推荐await(long, TimeUnit)来替代直接使用await()方法，至少不会造成阻塞死只能重启的情况

• 允许多个线程调用await方法，当计数为0后，所有被阻塞的线程都会被唤醒

2. 实现原理

await内部实现流程:

1. 判断state计数是否为0，不是，则直接放过执行后面的代码

2. 大于0，则表示需要阻塞等待计数为0

3. 当前线程封装Node对象，进入阻塞队列

4. 然后就是循环尝试获取锁，直到成功（即state为0）后出队，继续执行线程后续代码

countDown内部实现流程:

1. 尝试释放锁tryReleaseShared，实现计数-1

• 若计数已经小于0，则直接返回false

• 否则执行计数(AQS的state)减一

• 若减完之后，state==0，表示没有线程占用锁，即释放成功，然后就需要唤醒被阻塞的线程了

1. 释放并唤醒阻塞线程doReleaseShared

• 如果队列为空，即表示没有线程被阻塞（也就是说没有线程调用了 CountDownLatch#wait()方法），直接退出

• 头结点如果为SIGNAL, 则依次唤醒头结点下个节点上关联的线程，并出队

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