什麼時候使用 CountDownLatch

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來源：ImportNew – 張濤 ，

正如每個Java檔案所描述的那樣，CountDownLatch是一個同步工具類，它允許一個或多個執行緒一直等待，直到其他執行緒的操作執行完後再執行。在Java併發中，countdownlatch的概念是一個常見的面試題，所以一定要確保你很好的理解了它。在這篇文章中，我將會涉及到在Java併發編 程中跟CountDownLatch相關的以下幾點：

目錄

• CountDownLatch是什麼？

• CountDownLatch如何工作？

• 在實時系統中的應用場景

• 應用範例

• 常見的面試題

CountDownLatch是什麼

CountDownLatch是在java1.5被引入的，跟它一起被引入的併發工具類還有CyclicBarrier、Semaphore、ConcurrentHashMap和BlockingQueue，它們都存在於java.util.concurrent包下。CountDownLatch這個類能夠使一個執行緒等待其他執行緒完成各自的工作後再執行。例如，應用程式的主執行緒希望在負責啟動框架服務的執行緒已經啟動所有的框架服務之後再執行。

CountDownLatch是透過一個計數器來實現的，計數器的初始值為執行緒的數量。每當一個執行緒完成了自己的任務後，計數器的值就會減1。當計數器值到達0時，它表示所有的執行緒已經完成了任務，然後在閉鎖上等待的執行緒就可以恢復執行任務。

CountDownLatch的偽程式碼如下所示：

//Main thread start

//Create CountDownLatch for N threads

//Create and start N threads

//Main thread wait on latch

//N threads completes there tasks are returns

//Main thread resume execution

CountDownLatch如何工作

CountDownLatch.java類中定義的建構式：

//Constructs a CountDownLatch initialized with the given count.

public void CountDownLatch(int count) {…}

建構式中的計數值（count）實際上就是閉鎖需要等待的執行緒數量。這個值只能被設定一次，而且CountDownLatch沒有提供任何機制去重新設定這個計數值。

與CountDownLatch的第一次互動是主執行緒等待其他執行緒。主執行緒必須在啟動其他執行緒後立即呼叫CountDownLatch.await()方法。這樣主執行緒的操作就會在這個方法上阻塞，直到其他執行緒完成各自的任務。

其他N 個執行緒必須取用閉鎖物件，因為他們需要通知CountDownLatch物件，他們已經完成了各自的任務。這種通知機制是透過 CountDownLatch.countDown()方法來完成的；每呼叫一次這個方法，在建構式中初始化的count值就減1。所以當N個執行緒都調 用了這個方法，count的值等於0，然後主執行緒就能透過await()方法，恢復執行自己的任務。

在實時系統中的使用場景

讓我們嘗試羅列出在java實時系統中CountDownLatch都有哪些使用場景。我所羅列的都是我所能想到的。如果你有別的可能的使用方法，請在留言裡列出來，這樣會幫助到大家。

1. 實現最大的並行性：有時我們想同時啟動多個執行緒，實現最大程度的並行性。例如，我們想測試一個單例類。如果我們建立一個初始計數為1的CountDownLatch，並讓所有執行緒都在這個鎖上等待，那麼我們可以很輕鬆地完成測試。我們只需呼叫 一次countDown()方法就可以讓所有的等待執行緒同時恢復執行。

2. 開始執行前等待n個執行緒完成各自任務：例如應用程式啟動類要確保在處理使用者請求前，所有N個外部系統已經啟動和運行了。

3. 死鎖檢測：一個非常方便的使用場景是，你可以使用n個執行緒訪問共享資源，在每次測試階段的執行緒數目是不同的，並嘗試產生死鎖。

CountDownLatch使用例子

在這個例子中，我模擬了一個應用程式啟動類，它開始時啟動了n個執行緒類，這些執行緒將檢查外部系統並通知閉鎖，並且啟動類一直在閉鎖上等待著。一旦驗證和檢查了所有外部服務，那麼啟動類恢復執行。

BaseHealthChecker.java：這個類是一個Runnable，負責所有特定的外部服務健康的檢測。它刪除了重覆的程式碼和閉鎖的中心控制程式碼。

public abstract class BaseHealthChecker implements Runnable {

 

    private CountDownLatch _latch;

    private String _serviceName;

    private boolean _serviceUp;

 

    //Get latch object in constructor so that after completing the task, thread can countDown() the latch

    public BaseHealthChecker(String serviceName, CountDownLatch latch)

    {

        super();

        this._latch = latch;

        this._serviceName = serviceName;

        this._serviceUp = false;

    }

 

    @Override

    public void run() {

        try {

            verifyService();

            _serviceUp = true;

        } catch (Throwable t) {

            t.printStackTrace(System.err);

            _serviceUp = false;

        } finally {

            if(_latch != null) {

                _latch.countDown();

            }

        }

    }

 

    public String getServiceName() {

        return _serviceName;

    }

 

    public boolean isServiceUp() {

        return _serviceUp;

    }

    //This methos needs to be implemented by all specific service checker

    public abstract void verifyService();

}

NetworkHealthChecker.java：這個類繼承了BaseHealthChecker，實現了verifyService()方法。DatabaseHealthChecker.java和CacheHealthChecker.java除了服務名和休眠時間外，與NetworkHealthChecker.java是一樣的。

public class NetworkHealthChecker extends BaseHealthChecker

{

    public NetworkHealthChecker (CountDownLatch latch)  {

        super(“Network Service”, latch);

    }

 

    @Override

    public void verifyService()

    {

        System.out.println(“Checking ” + this.getServiceName());

        try

        {

            Thread.sleep(7000);

        }

        catch (InterruptedException e)

        {

            e.printStackTrace();

        }

        System.out.println(this.getServiceName() + ” is UP”);

    }

}

ApplicationStartupUtil.java：這個類是一個主啟動類，它負責初始化閉鎖，然後等待，直到所有服務都被檢測完。

public class ApplicationStartupUtil

{

    //List of service checkers

    private static List _services;

 

    //This latch will be used to wait on

    private static CountDownLatch _latch;

 

    private ApplicationStartupUtil()

    {

    }

 

    private final static ApplicationStartupUtil INSTANCE = new ApplicationStartupUtil();

 

    public static ApplicationStartupUtil getInstance()

    {

        return INSTANCE;

    }

 

    public static boolean checkExternalServices() throws Exception

    {

        //Initialize the latch with number of service checkers

        _latch = new CountDownLatch(3);

 

        //All add checker in lists

        _services = new ArrayList();

        _services.add(new NetworkHealthChecker(_latch));

        _services.add(new CacheHealthChecker(_latch));

        _services.add(new DatabaseHealthChecker(_latch));

 

        //Start service checkers using executor framework

        Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(_services.size());

 

        for(final BaseHealthChecker v : _services)

        {

            executor.execute(v);

        }

 

        //Now wait till all services are checked

        _latch.await();

 

        //Services are file and now proceed startup

        for(final BaseHealthChecker v : _services)

        {

            if( ! v.isServiceUp())

            {

                return false;

            }

        }

        return true;

    }

}

現在你可以寫測試程式碼去檢測一下閉鎖的功能了。

public class Main {

    public static void main(String[] args)

    {

        boolean result = false;

        try {

            result = ApplicationStartupUtil.checkExternalServices();

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

        System.out.println(“External services validation completed !! Result was :: “+ result);

    }

}

Output in console:

 

Checking Network Service

Checking Cache Service

Checking Database Service

Database Service is UP

Cache Service is UP

Network Service is UP

External services validation completed !! Result was :: true

常見面試題

可以為你的下次面試準備以下一些CountDownLatch相關的問題：

• 解釋一下CountDownLatch概念?

• CountDownLatch 和CyclicBarrier的不同之處?

• 給出一些CountDownLatch使用的例子?

•  CountDownLatch 類中主要的方法?

下載上述例子的原始碼，請點選如下連結：

• 原始碼下載

  https://docs.google.com/file/d/0B7yo2HclmjI4Rl9EUUl2cmI0X28/edit?usp=sharing

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