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前言

一、CountDownLatch和CyclicBarrier

二、CountDownLatch源码分析

三、CyclicBarrier源码分析

四、总结

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前言

我现在有个场景:现在我有50个任务，这50个任务在完成之后，才能执行下一个函数，要是你，你怎么设计?

可以用JDK给我们提供的线程工具类，CountDownLatch和CyclicBarrier都可以完成这个需求。

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一、CountDownLatch和CyclicBarrier

CountDownLatch允许一个或多个线程直等待，直到这些线程完成它们的操作。

而CyclicBarrier不一样，它往往是当线程到达某状态后，暂停下来等待其他线程等到所有线程均到达以后，才继续执行。

可以发现这两者的等待主体是不一样的。

CountDownLatch调用await（）通常是主线程/调用线程，而CyclicBarrier调用await（）是在任务线程调用的。

所以，CyclicBarrier中的阻塞的是任务的线程，而主线程是不受影响的。

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二、CountDownLatch源码分析

CountDownLatch也是基于AQS实现的，它的实现机制很简单。

Java 中 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的 state 一般有以下值：

1. 0：表示当前没有任何线程占有锁或者资源。

2. 1：表示当前有一个线程占有锁或者资源。

3. 大于等于 2：表示当前有多个线程占有锁或者资源，即存在竞争状态。

4. 负数：表示当前有等待获取锁或者资源的线程，这些线程处于阻塞状态。

5. 特殊值：AQS 实现类可以根据自己的需求自定义特殊的 state 值，例如 ReentrantLock 就使用了一个表示重入次数的 state 值。

当我们在构建CountDownLatch对象时，传入的值其实就会赋值给AQS的关键变量state。

如下：

    Sync(int count) {setState(count);}/*** Constructs a {@code CountDownLatch} initialized with the given count.** @param count the number of times {@link #countDown} must be invoked*        before threads can pass through {@link #await}* @throws IllegalArgumentException if {@code count} is negative*/public CountDownLatch(int count) {if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");this.sync = new Sync(count);}

执行countDown方法时，其实就是利用CAS将state -1。

如下：

/*** Decrements the count of the latch, releasing all waiting threads if* the count reaches zero.** <p>If the current count is greater than zero then it is decremented.* If the new count is zero then all waiting threads are re-enabled for* thread scheduling purposes.** <p>If the current count equals zero then nothing happens.*/public void countDown() {sync.releaseShared(1);}

执行await方法时，其实就是判断state是否为0，不为0则加入到队列中，将该线程阻塞掉(除了头结点)。

如下：

    public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException {return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));}public final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();return tryAcquireShared(arg) >= 0 ||doAcquireSharedNanos(arg, nanosTimeout);}

因为头节点会一直自旋等待state为0，当state为0时，头节点把剩余的在队列中阻塞的节点也一并唤醒。

如下：

    private boolean doAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)throws InterruptedException {if (nanosTimeout <= 0L)return false;final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;final Node node = addWaiter(Node.SHARED);boolean failed = true;try {for (;;) {final Node p = node.predecessor();if (p == head) {int r = tryAcquireShared(arg);if (r >= 0) {setHeadAndPropagate(node, r);p.next = null; // help GCfailed = false;return true;}}nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();if (nanosTimeout <= 0L)return false;if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}

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三、CyclicBarrier源码分析

回到CyclicBarrier代码也不难，重点也就是await方法。

从源码不难发现的是，它没有像CountDownLatch和ReentrantLock使用AQS的state变量，而CyclicBarrier是直接借助ReentrantLock加上Condition 等待唤醒的功能进而实现的。

如下：

    /** The lock for guarding barrier entry */private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();/** Condition to wait on until tripped */private final Condition trip = lock.newCondition();

在构建CyclicBarrier时，传入的值会赋值给CyclicBarrier内部维护count变量，也会赋值给parties变量(这是可以复用的关键)。

如下：

    /*** Creates a new {@code CyclicBarrier} that will trip when the* given number of parties (threads) are waiting upon it, and which* will execute the given barrier action when the barrier is tripped,* performed by the last thread entering the barrier.** @param parties the number of threads that must invoke {@link #await}*        before the barrier is tripped* @param barrierAction the command to execute when the barrier is*        tripped, or {@code null} if there is no action* @throws IllegalArgumentException if {@code parties} is less than 1*/public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();this.parties = parties;this.count = parties;this.barrierCommand = barrierAction;}

每次调用await时，会将count -1，操作count值是直接使用ReentrantLock来保证线程安全性。

如下：

    public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {try {return dowait(false, 0L);} catch (TimeoutException toe) {throw new Error(toe); // cannot happen}}private int dowait(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException, BrokenBarrierException,TimeoutException {...int index = --count;   ...          }

如果count不为0，则添加则condition队列中。

如下：

            for (;;) {try {if (!timed)trip.await();else if (nanos > 0L)nanos = trip.awaitNanos(nanos);} catch (InterruptedException ie) {if (g == generation && ! g.broken) {breakBarrier();throw ie;} else {// We're about to finish waiting even if we had not// been interrupted, so this interrupt is deemed to// "belong" to subsequent execution.Thread.currentThread().interrupt();}}...}

如果count等于0时，则把节点从condition队列添加至AQS的队列中进行全部唤醒并且将parties的值重新赋值为count的值(实现复用)。

如下：

            if (index == 0) {  // trippedboolean ranAction = false;try {final Runnable command = barrierCommand;if (command != null)command.run();ranAction = true;nextGeneration();return 0;} finally {if (!ranAction)breakBarrier();}}/*** Updates state on barrier trip and wakes up everyone.* Called only while holding lock.*/private void nextGeneration() {// signal completion of last generationtrip.signalAll();// set up next generationcount = parties;generation = new Generation();}

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四、总结

CountDownlatch基于AQS实现，会将构造CountDownLatch的入参传递至statecountDown()就是在利用CAS将state减1，await)实际就是让头节点一直在等待state为0时，释放所有等待的线程。

CyclicBarrier则利用ReentrantLock和Condition，自身维护了count和parties变量。每次调用await将count-1，并将线程加入到condition队列上。等到count为0时，则将condition队列的节点移交至AQS队列，并全部释放。

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