并发编程之-CountDown-源码分析
Doug Lea 大神在 JUC 包中为我们准备了大量的多线程工具,其中包括 CountDownLatch ,名为倒计时门栓
,好像不太好理解。不过,今天的文章之后,我们就彻底理解了。
如何使用?
在 JDK 的文档中,带有 2 个例子,我们使用其中一个,测试代码如下:
1 | class Driver2 { |
上面的代码中,我们创建了 1 个 CountDowmLatch 对象,在主线程和另外 10 个线程中使用,主线程调用了他的 await 方法,子线程调用了 countDown 方法。
最后输出结果如下:
大部分时候,你会得到上面的结果,这是正常的情况,但也可能你会得到下面的结果:
这看起来不正常。因为我们需要的结果是:主线程最后打印。什么原因导致的呢?其实是由于时间太快,控制台打印的顺序和实际顺序不同,我们可以在后面加个纳秒参数,就能够看出来了。
从纳秒数就能够看出来,主线程是最后执行的。
通过一幅图看看这个 demo 的整体执行顺序。
图中,主线程会先执行 await 方法,这个方法会挂起当前线程,相当于 wait 方法。而子线程会陆续执行任务,并执行 countDown 方法,countDown 方法每次执行都会将计数器减 1, 当计数器变成 0 的时候,就会唤醒主线程,主线程开始执行自己的任务。不知道这个图画的是否明显,但楼主尽力了。。。。
好了,知道了如何使用,就来看看源码实现吧。
源码实现
首先看看这个类的结构:
该类是一个独立的类,没有继承别的类,有一个内部类 Sync,这个类继承了 AQS 抽象类,其实,在之前的文章中,我们说过,AQS 是 JUC 所有锁的实现,定义了锁的基本操作。这个内部类重写了 tryAcquireShared 方法和 tryReleaseShared 方法。
然后呢?我们看看构造方法。
构造方法:
1 | public CountDownLatch(int count) { |
内部实现还是继承了 AQS 的 Sync 类。
Sync 构造方法:
1 | Sync(int count) { |
设置了这个 State 变量,我们之前分析过 AQS 的源码,这个变量可以说是 AQS 实现的核心,通过控制这个变量,能够实现共享共享锁或者独占锁。
那么,如果让我们来设计这个CountDownLatch ,我们该如何设计呢?
事实上,很简单,我们只需要对 state 变量进行减 1 操作,直到这个变量变成 0,我们就唤醒主线程。
不知道 Doug Lea 是不是这么设计的?我们去看看。
await 方法
主线程会调用这个方法,让自己阻塞,直到被唤醒。
看看这个方法的实现:
1 | public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) |
1 | public final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout) |
await 方法调用的是 Sync 的 tryAcquireSharedNanos 方法,方法也贴在上面了。该方法会先调用 tryAcquireShared 方法,如果返回值不是大于等于 0 ,说明当前线程不能获取锁,那么就调用 doAcquireSharedNanos 方法。这个方法内部会将当前线程挂起,直到 state 变成 0,才会被唤醒。
而 tryAcquireShared 方法是需要子类自己实现的。我们看看 CountDown 是如何实现的:
1 | protected int tryAcquireShared(int acquires) { |
很简单,就是获取 state 变量,也就是构造方法中设置的参数。
doAcquireSharedNanos 方法的是如何将当前线程挂起的呢?
代码如下:
1 | private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) |
上面的代码写了很多注释,总的来说,逻辑如下:
- 将当前线程包装成一个 Node 对象,加入到 AQS 的队列尾部。
- 如果他前面的 node 是 head ,便可以尝试获取锁了。
- 如果不是,则阻塞等待,调用的是 LockSupport.park(this);
CountDown 的 await 方法就是通过 AQS 的锁机制让主线程阻塞等待。而锁的实现就是通过构造器中设置的 state 变量来控制的。当 state 是 0 的时候,就可以获取锁。然后执行后面的逻辑。
知道了 await 方法,CountDown 方法应该能猜个大概了。
countDown 方法
代码如下:
1 | public void countDown() { |
调用了 Sync 的 releaseShared 方法,也就是父类 AQS 的方法,AQS 需要子类实现 tryReleaseShared 方法。看看 CountDownLatch 是怎么实现的:
1 | protected boolean tryReleaseShared(int releases) { |
该方法很简单,就是将 state 变量减 1,只要减过之后, state 不是 0,就返回 fasle。
回到 releaseShared 方法中,当 tryReleaseShared 返回值是 true 时,也就是 state 是 0,就需要执行 doReleaseShared 方法 ,唤醒阻塞在 CountDown 上的线程了。
唤醒代码如下:
1 | private void doReleaseShared() { |
只要队列中 head 节点不是 null,且和 tail 不相等,并且状态是 -1,使用 CAS 将状态修改成 0,如果成功,唤醒当前线程。当前线程就会在 doAcquireSharedInterruptibly 方法中苏醒,再次尝试获取锁,只要他的上一个节点是 head,也就是没有人和他争抢锁,并且 state 是 0,就能够成功获取到锁,继续执行下面的逻辑,不再继续阻塞。
而我们 CountDownLatch 的主线程也就可以被唤醒从而继续执行了。
总结
总的来说,CountDownLatch 还是比较简单的。说白了就是通过共享锁实现的。在我们的代码中,只有一个线程会阻塞,那就是我们的主线程, 其余的线程就是在不停的释放 state 变量,直到为 0。从 AQS 的角度来讲,整个工作流程如下图:
简单的一个流程图,CountDownLatch 就是通过使用 AQS 的机制来实现倒计时门栓
的。
good luck!!!!