详解CountDownLatch底层源码

大家好，我是此林。

今天来分享一下CountDownLatch的底层源码。

CountDownLatch 是 Java 并发包 (java.util.concurrent) 中的线程之间同步工具类，主要用于协调多个线程的执行顺序。其核心思想是通过计数器实现线程间的"等待-唤醒"机制，也就是AQS那一套。

话不多说，先上一个例子。

@Slf4j
public class A {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(() -> {try {latch.await();log.info(Thread.currentThread().getName() + "：启动");} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}, "线程-"+i).start();}log.info("准备中...");Thread.sleep(5000);latch.countDown();}
}

这段代码里，5个线程需要等待主线程统一发号施令，然后才会启动执行。

可以看到，主线程休眠5秒后，发号施令，5个线程才各自启动。 

1. CountDownLatch的源码

接下来，进入正题，来看下CountDownLatch的源码。

怎么看源码呢？一说到看源码，有些朋友可能觉得源码冗长，眼花缭乱的，下面说下具体方法。

1.1. 先看整体结构。

（快捷键：Alt + 7）

 可以看到，CountDownLatch 里还有个 Sync 静态内部类，这个类继承了 AQS，重写了 tryAccquireShared() 和 tryReleaseShared() 方法。

其他方法很常见了吧，之前案例里就用过。

1. CountDownLatch(int n) ：构造方法，传入计数器。

2. await() ：线程阻塞等待到 CountDownLatch 减到 0。

3. latch.await(1, TimeUnit.SECONDS)：线程最多阻塞等待1秒钟，1秒钟过后无论CountDownLatch 是否减到 0，都开始执行。

4. countDown()：计数器的值减1。

1.2. 接下来，我们去看各个方法的源码。

1. CountDownLatch(int n)构造方法

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

实际上，CountDownLatch构造方法里会实例化静态内部类 Sync。

这个 setState() 方法就是父类AQS里的方法，设置 state 属性。

我们都知道 AQS 里锁的状态、重入等等都是由这个 state 公共变量来维护的。

为了保证多线程环境下内存的可见性，state 变量用了 volatile 关键字修饰。

2. countDown() 方法

具体会执行到这个方法：

这个无非是无限for循环，不断CAS自旋，直到成功、原子性地把state减1。

减一之后如果发现state等于0了，那么就返回true，接下来会去唤醒阻塞队列的线程。

这里会去唤醒阻塞队列的第一个线程，即头结点的后继节点。

问：为什么是头节点的后继？
答：AQS 队列设计，头节点是虚拟节点（不关联线程），仅作为占位符。

     head (dummy) → Node1 (thread1) → Node2 (thread2) → ...

再问：那为什么只是唤醒第一个线程？不应该唤醒所有线程吗？

答：第一个线程被唤醒了之后，它最后会执行AQS的acquire()方法。

如果是共享模式下，会额外执行这一步，它会自动唤醒下一个线程，也就是会不断链式唤醒，相当于唤醒所有线程了。

3. 再来看 await() 方法

await() 的作用是让当前线程阻塞等待。

如果执行 countdown() 方法发现 CountDownLatch 减到 0了，那就会唤醒阻塞等待的线程。

latch.await();

 这个 acquireSharedInterruptibly() 是AQS里的 模板方法 。

这个 acquireSharedInterruptibly() 也很简单，就一个 if 条件判断，如果为 true，就抛异常。

第一个条件：

Thread.interrupted()

如果线程当前已经是中断状态，那直接抛异常，没必要阻塞等待下去了。

第二个条件：

tryAcquireShared(arg) < 0 &&acquire(null, arg, true, true, false, 0L) < 0)

这个 tryAcquireShared(arg) 实际执行的就是 Sync 里重写 的方法，之前我们类的结构图里也看过。tryAcquireShared(arg) 特别简单，就一行代码。

 如果 state 计数器为0了，返回1，state计数器不为0，返回-1。

很明显，

tryAcquireShared(arg) < 0 

代表 state 计数器不为0，就说明当前线程要阻塞等待了，继续进入 acquire() 方法，加入阻塞队列。

这个 acquire() 方法就是 AQS 的模板方法，它是AQS同步机制的核心方法，实现了独占/共享模式的资源获取逻辑，支持可中断和超时特性。ReentrantLock/Semaphore等同步器的底层都依赖该方法。

3. AQS 的 acquire() 方法

acquire() 方法没啥花头，就是把当前线程通过不断 CAS 自旋直到成功加入阻塞队列。

整体结构上是个 for 无限循环。

流程图如下： 

每次for循环，都会执行以下步骤：

1. 前驱节点有效性检查（无需太关注，会自动清理已取消的前驱节点）

2. 如果当前线程是阻塞队列第一个节点，那就去看下state计数器是否已经减到0了。如果减到0了，当前线程出队，调用 unpark() 方法唤醒下一个线程节点。

3. CAS尝试原子性插入阻塞队列尾部。

这个就是调用 park() 阻塞线程，如果传入了超时时间（执行 latch.await(int n, Timeunit unit），就调用 parkNanos()。

2. 总结一下

总结一下，CountDownLatch 本身就是通过 AQS 的 state 公共变量维护一个计数器。

调用 await() 方法，就是把当前线程加入到阻塞队列，直到 state 变量为 0。

调用 countdown() 方法，就是对 state 变量减一，如果减到0了，那么就唤醒阻塞队列的所有线程。

CountDownLatch也有一些缺点，比如：

它只能一次性使用，无法重置计数。如果需要多次使用 CountDownLatch，必须新建实例，不如 CyclicBarrier 可以复用。

今天的分享就到这里了。

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