Java中的CountDownLatch、CyclicBarrier和semaphore实现原理解读

CountDownLatch

实现原理

CountDownLatch使用构造函数给AQS中的status赋值，调用await()方法的线程会进行AQS中的等待队列中，然后调用countDown()方法的线程会对status进行-1，直到status=0时唤醒AQS等待队列中的线程 使用场景

CountDownLatch中调用await方法线程需要等待所有调用countDown方法的线程执行，这就很适合一个业务需要一些准备条件，等准备条件准备好之后再继续执行，如果一些复杂的聚合查询，还有一些类似于广播消息的功能。

CountDownLatch 构造函数

public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}

这个构造器没有干别的，就是给state变量赋值。

countDown()方法

public voidcountDown(){
sync.releaseShared(1);
}
 
public final boolean releaseShared(int arg){
if(tryReleaseShared(arg)){
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
 
protected boolean tryReleaseShared(int releases){
// Decrement count; signal when transition to zero
for(;;){
int c =getState();
if(c ==0)
return false;
int nextc = c-1;
if(compareAndSetState(c, nextc))
return nextc ==0;
}
}
 

实际上CountDownLatch就是通过覆盖tryReleaseShared方法来给state-1，然后返回state是不是等于0了，等于0了就调用doReleaseShared();方法unpark等待队列中的线程，也就是调用await()方法的线程

await()方法

public voidawait() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

实际上就是通过tryAcquireShared方法判断state是不是等于0，是的话返回1，不是的话返回-1，当返回-1时就说明countDown方法调用的不到构造器赋值的数量，则进入AQS等待队列中，直到countDown方法调用到赋值的数量被unpark。

CountDownLatch使用的是SHARED节点，当head的下一个节点被unpark并获取到资源时会继续唤醒下一个节点，使得调用await方法的线程看似是同时被唤醒

CyclicBarrier

感觉这个类没什么使用场景，他有两个构造器：一个是传同时运行线程的数量，一个是传同时运行线程的数量和达到规定数量后运行的Runable的run方法，实在是没想到什么场景下会用。

实现原理

在初始化时传入count值，在每次调用await方法时会count--,当count还大于0时使用当前lock的condition的await方法让当前线程进入到condition的等待队列中，当count等于0时执行构造器中传入的Runable的run方法，然后再调用condition的signalAll方法唤醒condition等待线程中所有等待的线程，再把count重置为初始值，然后所有线程都继续执行，看起来就像count数量的线程一批一批的执行，所以实际上cyclicBarrier就是借助了ReentrantLock的condition的await方法让线程进行等待count数量的线程就位，然后使用condition的signalAll方法通知所有线程一起执行，最后重置count如此往复。

semaphore

semaphore一个典型的用户场景就是限流，像hystrix就是提供了两种限流方式：线程池和semaphore。semaphore允许规定数量的线程同时运行，但超过后的线程就需要等待前面的某个线程执行完后才能执行。这就很适合做限流

实现原理

首先回顾一下锁的实现原理：当state是0时线程可以加锁成功，state就是代表同一线程的加锁次数（读写锁次数含义会不一样），不是同一个线程加锁时只要state不是0就要进入AQS等待队列中进行park，释放锁时state--，直到state等于0后去唤醒AQD等待队列中的线程

semaphore则有点跟加锁过程相反：先给state赋值为允许同时运行的线程数，当有线程调用acquire()方法时state--，直到state为0再有线程调用acquire()方法时要进入AQS等待队列中进行park，直到有之前的线程调用release()方法给state++去唤醒AQS等待队列中的线程

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