CountDownLatch

CountDownLatch 的底层实现原理是什么？你用它做过什么功能？

CountDownLatch 是 Java 并发包 (java.util.concurrent) 中的一个同步工具类，它允许一个或多个线程等待其他一组线程完成操作。

底层实现原理

CountDownLatch 的底层实现依赖于 AbstractQueuedSynchronizer (AQS)，这是一个用于构建锁和同步器的框架。CountDownLatch 内部有一个继承了 AQS 的同步器 Sync。

其核心原理如下：

1. 初始化状态：在创建 CountDownLatch 对象时，会传入一个整型参数 count，这个值会被设置为 AQS 内部的 state 变量。这个 state 代表了需要等待完成的操作数量。

2. await() 方法：

   • 当一个线程调用 await() 方法时，它会检查当前的 state 值。

   • 如果 state 的值为 0，表示所有需要等待的操作已经完成，await() 方法会立即返回。

   • 如果 state 的值不为 0，该线程会被封装成一个 Node 节点，并加入到 AQS 的同步等待队列中，然后线程被挂起 (park)，进入休眠状态，等待被唤醒。

3. countDown() 方法：

   • 当一个任务完成时，它会调用 countDown() 方法。

   • 此方法会以线程安全的方式（通过 CAS 操作）将 state 的值减 1。

   • 当 state 的值被减到 0 时，意味着所有等待的事件都已发生。此时，countDown() 方法会唤醒 (unpark) 所有在同步队列中等待的线程。

总结来说，CountDownLatch 通过 AQS 的 state 变量来作为计数器。await() 操作依赖于 state 是否为 0 来决定是否阻塞线程，而 countDown() 操作则递减 state，并在 state 归零时唤醒所有等待的线程。

应用场景

我曾在一个数据初始化场景中使用过 CountDownLatch。系统启动时，需要并行地从多个不同的数据源（如数据库、缓存、第三方 API）加载初始化数据。主线程必须等待所有数据都加载完毕后，才能继续执行后续的业务逻辑（例如，对外提供服务）。

具体实现如下：

1. 创建一个 CountDownLatch，其计数器的初始值设置为数据源的数量，例如 new CountDownLatch(3)。

2. 为每个数据加载任务创建一个独立的线程，并在任务的 run() 方法中执行数据加载逻辑。

3. 在每个数据加载线程的 finally 块中，调用 latch.countDown() 方法，确保无论加载成功与否，计数器都会减一。

4. 主线程在启动所有数据加载线程后，立即调用 latch.await() 方法。此时，主线程会阻塞，直到计数器变为 0。

5. 当所有数据加载任务都执行完毕并调用了 countDown() 后，计数器归零，主线程从 await() 方法中被唤醒，继续执行后续的启动流程。

通过这种方式，CountDownLatch 优雅地实现了主线程对多个并行任务完成状态的等待，提升了系统的启动效率。