第16篇：JUC中等待多线程完成的工具类CountDownLatch

star2017 1年前 ⋅ 737 阅读

本篇内容

  1. 介绍CountDownLatch及使用场景
  2. 提供几个使用示例介绍CountDownLatch的使用
  3. 手写一个并行处理任务的工具类

思考一个需求

假如有这样一个需求，当我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据时，可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有的sheet都解析完之后，程序需要统计解析总耗时。分析一下：解析每个sheet耗时可能不一样，总耗时就是最长耗时的那个操作。

我们能够想到的最简单的做法是使用join，代码如下：

  1. package com.itsoku.chat13;
  3. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  5. /**
  6.  * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
  7.  */
  8. public class Demo1 {
  10.     public static class T extends Thread {
  11.         //休眠时间（秒）
  12.         int sleepSeconds;
  14.         public T(String name, int sleepSeconds) {
  15.             super(name);
  16.             this.sleepSeconds = sleepSeconds;
  17.         }
  19.         @Override
  20.         public void run() {
  21.             Thread ct = Thread.currentThread();
  22.             long startTime = System.currentTimeMillis();
  23.             System.out.println(startTime + "," + ct.getName() + ",开始处理!");
  24.             try {
  25.                 //模拟耗时操作，休眠sleepSeconds秒
  26.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(this.sleepSeconds);
  27.             } catch (InterruptedException e) {
  28.                 e.printStackTrace();
  29.             }
  30.             long endTime = System.currentTimeMillis();
  31.             System.out.println(endTime + "," + ct.getName() + ",处理完毕,耗时:" + (endTime - startTime));
  32.         }
  33.     }
  35.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  36.         long starTime = System.currentTimeMillis();
  37.         T t1 = new T("解析sheet1线程", 2);
  38.         t1.start();
  40.         T t2 = new T("解析sheet2线程", 5);
  41.         t2.start();
  43.         t1.join();
  44.         t2.join();
  45.         long endTime = System.currentTimeMillis();
  46.         System.out.println("总耗时:" + (endTime - starTime));
  48.     }
  49. }

输出：

  1. 1563767560271,解析sheet1线程,开始处理!
  2. 1563767560272,解析sheet2线程,开始处理!
  3. 1563767562273,解析sheet1线程,处理完毕,耗时:2002
  4. 1563767565274,解析sheet2线程,处理完毕,耗时:5002
  5. 总耗时:5005

代码中启动了2个解析sheet的线程，第一个耗时2秒，第二个耗时5秒，最终结果中总耗时：5秒。上面的关键技术点是线程的join()方法，此方法会让当前线程等待被调用的线程完成之后才能继续。可以看一下join的源码，内部其实是在synchronized方法中调用了线程的wait方法，最后被调用的线程执行完毕之后，由jvm自动调用其notifyAll()方法，唤醒所有等待中的线程。这个notifyAll()方法是由jvm内部自动调用的，jdk源码中是看不到的，需要看jvm源码，有兴趣的同学可以去查一下。所以JDK不推荐在线程上调用wait、notify、notifyAll方法。

而在JDK1.5之后的并发包中提供的CountDownLatch也可以实现join的这个功能。

CountDownLatch介绍

CountDownLatch称之为闭锁，它可以使一个或一批线程在闭锁上等待，等到其他线程执行完相应操作后，闭锁打开，这些等待的线程才可以继续执行。确切的说，闭锁在内部维护了一个倒计数器。通过该计数器的值来决定闭锁的状态，从而决定是否允许等待的线程继续执行。

常用方法：

public CountDownLatch(int count)：构造方法，count表示计数器的值，不能小于0，否者会报异常。

public void await() throws InterruptedException：调用await()会让当前线程等待，直到计数器为0的时候，方法才会返回，此方法会响应线程中断操作。

public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException：限时等待，在超时之前，计数器变为了0，方法返回true，否者直到超时，返回false，此方法会响应线程中断操作。

public void countDown()：让计数器减1

CountDownLatch使用步骤：

  1. 创建CountDownLatch对象
  2. 调用其实例方法await()，让当前线程等待
  3. 调用countDown()方法，让计数器减1
  4. 当计数器变为0的时候，await()方法会返回

示例1：一个简单的示例

我们使用CountDownLatch来完成上面示例中使用join实现的功能，代码如下：

  1. package com.itsoku.chat13;
  3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
  4. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  6. /**
  7.  * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
  8.  */
  9. public class Demo2 {
  11.     public static class T extends Thread {
  12.         //休眠时间（秒）
  13.         int sleepSeconds;
  14.         CountDownLatch countDownLatch;
  16.         public T(String name, int sleepSeconds, CountDownLatch countDownLatch) {
  17.             super(name);
  18.             this.sleepSeconds = sleepSeconds;
  19.             this.countDownLatch = countDownLatch;
  20.         }
  22.         @Override
  23.         public void run() {
  24.             Thread ct = Thread.currentThread();
  25.             long startTime = System.currentTimeMillis();
  26.             System.out.println(startTime + "," + ct.getName() + ",开始处理!");
  27.             try {
  28.                 //模拟耗时操作，休眠sleepSeconds秒
  29.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(this.sleepSeconds);
  30.             } catch (InterruptedException e) {
  31.                 e.printStackTrace();
  32.             } finally {
  33.                 countDownLatch.countDown();
  34.             }
  35.             long endTime = System.currentTimeMillis();
  36.             System.out.println(endTime + "," + ct.getName() + ",处理完毕,耗时:" + (endTime - startTime));
  37.         }
  38.     }
  40.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  41.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + "线程 start!");
  42.         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
  44.         long starTime = System.currentTimeMillis();
  45.         T t1 = new T("解析sheet1线程", 2, countDownLatch);
  46.         t1.start();
  48.         T t2 = new T("解析sheet2线程", 5, countDownLatch);
  49.         t2.start();
  51.         countDownLatch.await();
  52.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + "线程 end!");
  53.         long endTime = System.currentTimeMillis();
  54.         System.out.println("总耗时:" + (endTime - starTime));
  56.     }
  57. }

输出：

  1. 1563767580511,main线程 start!
  2. 1563767580513,解析sheet1线程,开始处理!
  3. 1563767580513,解析sheet2线程,开始处理!
  4. 1563767582515,解析sheet1线程,处理完毕,耗时:2002
  5. 1563767585515,解析sheet2线程,处理完毕,耗时:5002
  6. 1563767585515,main线程 end!
  7. 总耗时:5003

从结果中看出，效果和join实现的效果一样，代码中创建了计数器为2的CountDownLatch，主线程中调用countDownLatch.await();会让主线程等待，t1、t2线程中模拟执行耗时操作，最终在finally中调用了countDownLatch.countDown();,此方法每调用一次，CountDownLatch内部计数器会减1，当计数器变为0的时候，主线程中的await()会返回，然后继续执行。注意：上面的countDown()这个是必须要执行的方法，所以放在finally中执行。

示例2：等待指定的时间

还是上面的示例，2个线程解析2个sheet，主线程等待2个sheet解析完成。主线程说，我等待2秒，你们还是无法处理完成，就不等待了，直接返回。如下代码：

  1. package com.itsoku.chat13;
  3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
  4. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  6. /**
  7.  * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
  8.  */
  9. public class Demo3 {
  11.     public static class T extends Thread {
  12.         //休眠时间（秒）
  13.         int sleepSeconds;
  14.         CountDownLatch countDownLatch;
  16.         public T(String name, int sleepSeconds, CountDownLatch countDownLatch) {
  17.             super(name);
  18.             this.sleepSeconds = sleepSeconds;
  19.             this.countDownLatch = countDownLatch;
  20.         }
  22.         @Override
  23.         public void run() {
  24.             Thread ct = Thread.currentThread();
  25.             long startTime = System.currentTimeMillis();
  26.             System.out.println(startTime + "," + ct.getName() + ",开始处理!");
  27.             try {
  28.                 //模拟耗时操作，休眠sleepSeconds秒
  29.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(this.sleepSeconds);
  30.             } catch (InterruptedException e) {
  31.                 e.printStackTrace();
  32.             } finally {
  33.                 countDownLatch.countDown();
  34.             }
  35.             long endTime = System.currentTimeMillis();
  36.             System.out.println(endTime + "," + ct.getName() + ",处理完毕,耗时:" + (endTime - startTime));
  37.         }
  38.     }
  40.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  41.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + "线程 start!");
  42.         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
  44.         long starTime = System.currentTimeMillis();
  45.         T t1 = new T("解析sheet1线程", 2, countDownLatch);
  46.         t1.start();
  48.         T t2 = new T("解析sheet2线程", 5, countDownLatch);
  49.         t2.start();
  51.         boolean result = countDownLatch.await(2, TimeUnit.SECONDS);
  53.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + "线程 end!");
  54.         long endTime = System.currentTimeMillis();
  55.         System.out.println("主线程耗时:" + (endTime - starTime) + ",result:" + result);
  57.     }
  58. }

输出：

  1. 1563767637316,main线程 start!
  2. 1563767637320,解析sheet1线程,开始处理!
  3. 1563767637320,解析sheet2线程,开始处理!
  4. 1563767639321,解析sheet1线程,处理完毕,耗时:2001
  5. 1563767639322,main线程 end!
  6. 主线程耗时:2004,result:false
  7. 1563767642322,解析sheet2线程,处理完毕,耗时:5002

从输出结果中可以看出，线程2耗时了5秒，主线程耗时了2秒，主线程中调用countDownLatch.await(2, TimeUnit.SECONDS);，表示最多等2秒，不管计数器是否为0，await方法都会返回，若等待时间内，计数器变为0了，立即返回true，否则超时后返回false。

示例3：2个CountDown结合使用的示例

有3个人参见跑步比赛，需要先等指令员发指令枪后才能开跑，所有人都跑完之后，指令员喊一声，大家跑完了。

示例代码：

  1. package com.itsoku.chat13;
  3. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
  4. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  6. /**
  7.  * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
  8.  */
  9. public class Demo4 {
  11.     public static class T extends Thread {
  12.         //跑步耗时（秒）
  13.         int runCostSeconds;
  14.         CountDownLatch commanderCd;
  15.         CountDownLatch countDown;
  17.         public T(String name, int runCostSeconds, CountDownLatch commanderCd, CountDownLatch countDown) {
  18.             super(name);
  19.             this.runCostSeconds = runCostSeconds;
  20.             this.commanderCd = commanderCd;
  21.             this.countDown = countDown;
  22.         }
  24.         @Override
  25.         public void run() {
  26.             //等待指令员枪响
  27.             try {
  28.                 commanderCd.await();
  29.             } catch (InterruptedException e) {
  30.                 e.printStackTrace();
  31.             }
  32.             Thread ct = Thread.currentThread();
  33.             long startTime = System.currentTimeMillis();
  34.             System.out.println(startTime + "," + ct.getName() + ",开始跑!");
  35.             try {
  36.                 //模拟耗时操作，休眠runCostSeconds秒
  37.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(this.runCostSeconds);
  38.             } catch (InterruptedException e) {
  39.                 e.printStackTrace();
  40.             } finally {
  41.                 countDown.countDown();
  42.             }
  43.             long endTime = System.currentTimeMillis();
  44.             System.out.println(endTime + "," + ct.getName() + ",跑步结束,耗时:" + (endTime - startTime));
  45.         }
  46.     }
  48.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  49.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + "线程 start!");
  50.         CountDownLatch commanderCd = new CountDownLatch(1);
  51.         CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
  53.         long starTime = System.currentTimeMillis();
  54.         T t1 = new T("小张", 2, commanderCd, countDownLatch);
  55.         t1.start();
  57.         T t2 = new T("小李", 5, commanderCd, countDownLatch);
  58.         t2.start();
  60.         T t3 = new T("路人甲", 10, commanderCd, countDownLatch);
  61.         t3.start();
  63.         //主线程休眠5秒,模拟指令员准备发枪耗时操作
  64.         TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
  65.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + ",枪响了，大家开始跑");
  66.         commanderCd.countDown();
  68.         countDownLatch.await();
  69.         long endTime = System.currentTimeMillis();
  70.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + "所有人跑完了，主线程耗时:" + (endTime - starTime));
  72.     }
  73. }

输出：

  1. 1563767691087,main线程 start!
  2. 1563767696092,枪响了，大家开始跑
  3. 1563767696092,小张,开始跑!
  4. 1563767696092,小李,开始跑!
  5. 1563767696092,路人甲,开始跑!
  6. 1563767698093,小张,跑步结束,耗时:2001
  7. 1563767701093,小李,跑步结束,耗时:5001
  8. 1563767706093,路人甲,跑步结束,耗时:10001
  9. 1563767706093,main所有人跑完了，主线程耗时:15004

代码中，t1、t2、t3启动之后，都阻塞在commanderCd.await();，主线程模拟发枪准备操作耗时5秒，然后调用commanderCd.countDown();模拟发枪操作，此方法被调用以后，阻塞在commanderCd.await();的3个线程会向下执行。主线程调用countDownLatch.await();之后进行等待，每个人跑完之后，调用countDown.countDown();通知一下countDownLatch让计数器减1，最后3个人都跑完了，主线程从countDownLatch.await();返回继续向下执行。

手写一个并行处理任务的工具类

  1. package com.itsoku.chat13;
  3. import org.springframework.util.CollectionUtils;
  5. import java.util.List;
  6. import java.util.concurrent.CountDownLatch;
  7. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  8. import java.util.concurrent.Executors;
  9. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  10. import java.util.function.Consumer;
  11. import java.util.stream.Collectors;
  12. import java.util.stream.Stream;
  14. /**
  15.  * 微信公众号：javacode2018，获取年薪50万课程
  16.  */
  17. public class TaskDisposeUtils {
  18.     //并行线程数
  19.     public static final int POOL_SIZE;
  21.     static {
  22.         POOL_SIZE = Integer.max(Runtime.getRuntime().availableProcessors(), 5);
  23.     }
  25.     /**
  26.      * 并行处理，并等待结束
  27.      *
  28.      * @param taskList 任务列表
  29.      * @param consumer 消费者
  30.      * @param <T>
  31.      * @throws InterruptedException
  32.      */
  33.     public static <T> void dispose(List<T> taskList, Consumer<T> consumer) throws InterruptedException {
  34.         dispose(true, POOL_SIZE, taskList, consumer);
  35.     }
  37.     /**
  38.      * 并行处理，并等待结束
  39.      *
  40.      * @param moreThread 是否多线程执行
  41.      * @param poolSize   线程池大小
  42.      * @param taskList   任务列表
  43.      * @param consumer   消费者
  44.      * @param <T>
  45.      * @throws InterruptedException
  46.      */
  47.     public static <T> void dispose(boolean moreThread, int poolSize, List<T> taskList, Consumer<T> consumer) throws InterruptedException {
  48.         if (CollectionUtils.isEmpty(taskList)) {
  49.             return;
  50.         }
  51.         if (moreThread && poolSize > 1) {
  52.             poolSize = Math.min(poolSize, taskList.size());
  53.             ExecutorService executorService = null;
  54.             try {
  55.                 executorService = Executors.newFixedThreadPool(poolSize);
  56.                 CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(taskList.size());
  57.                 for (T item : taskList) {
  58.                     executorService.execute(() -> {
  59.                         try {
  60.                             consumer.accept(item);
  61.                         } finally {
  62.                             countDownLatch.countDown();
  63.                         }
  64.                     });
  65.                 }
  66.                 countDownLatch.await();
  67.             } finally {
  68.                 if (executorService != null) {
  69.                     executorService.shutdown();
  70.                 }
  71.             }
  72.         } else {
  73.             for (T item : taskList) {
  74.                 consumer.accept(item);
  75.             }
  76.         }
  77.     }
  79.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  80.         //生成1-10的10个数字，放在list中，相当于10个任务
  81.         List<Integer> list = Stream.iterate(1, a -> a + 1).limit(10).collect(Collectors.toList());
  82.         //启动多线程处理list中的数据，每个任务休眠时间为list中的数值
  83.         TaskDisposeUtils.dispose(list, item -> {
  84.             try {
  85.                 long startTime = System.currentTimeMillis();
  86.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(item);
  87.                 long endTime = System.currentTimeMillis();
  89.                 System.out.println(System.currentTimeMillis() + ",任务" + item + "执行完毕，耗时:" + (endTime - startTime));
  90.             } catch (InterruptedException e) {
  91.                 e.printStackTrace();
  92.             }
  93.         });
  94.         //上面所有任务处理完毕完毕之后，程序才能继续
  95.         System.out.println(list + "中的任务都处理完毕!");
  96.     }
  97. }

运行代码输出：

  1. 1563769828130,任务1执行完毕，耗时:1000
  2. 1563769829130,任务2执行完毕，耗时:2000
  3. 1563769830131,任务3执行完毕，耗时:3001
  4. 1563769831131,任务4执行完毕，耗时:4001
  5. 1563769832131,任务5执行完毕，耗时:5001
  6. 1563769833130,任务6执行完毕，耗时:6000
  7. 1563769834131,任务7执行完毕，耗时:7001
  8. 1563769835131,任务8执行完毕，耗时:8001
  9. 1563769837131,任务9执行完毕，耗时:9001
  10. 1563769839131,任务10执行完毕，耗时:10001
  11. [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]中的任务都处理完毕!

TaskDisposeUtils是一个并行处理的工具类，可以传入n个任务内部使用线程池进行处理，等待所有任务都处理完成之后，方法才会返回。比如我们发送短信，系统中有1万条短信，我们使用上面的工具，每次取100条并行发送，待100个都处理完毕之后，再取一批按照同样的逻辑发送。

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