Java中的CountDownLatch：多线程同步利器

在多线程编程中，协调线程的执行顺序和同步是常见且复杂的问题。Java提供了一个非常有用的并发工具类——CountDownLatch，它可以帮助开发者更优雅地处理线程同步问题。本文将详细介绍CountDownLatch的用法、原理以及在实际应用中的一些典型场景。

CountDownLatch简介

CountDownLatch是Java并发包（java.util.concurrent）中的一个同步辅助类。它允许一个或多个线程等待，直到在其他线程中执行的一组操作完成。它的主要特点是：

一次性屏障：一旦计数器达到零，屏障将永久打开，无法重置。
线程安全：所有操作都是线程安全的。

基本用法

CountDownLatch的构造函数接受一个整数参数，表示需要等待的计数器初始值。以下是其基本用法：

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 初始化计数器为3

// 线程A
latch.countDown(); // 计数器减1

// 线程B
latch.countDown(); // 计数器减1

// 线程C
latch.countDown(); // 计数器减到0

// 等待的线程
latch.await(); // 当计数器为0时，线程继续执行

工作原理

CountDownLatch内部维护一个计数器，每次调用countDown()方法时，计数器减1。当计数器达到0时，所有在await()方法上等待的线程将被唤醒并继续执行。

应用场景

并发测试：在性能测试中，通常需要多个线程同时开始执行。CountDownLatch可以确保所有线程在同一时间点开始。

CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);

for (int i = 0; i < N; ++i) {
    new Thread(new Worker(startSignal, doneSignal)).start();
}

startSignal.countDown(); // 让所有线程开始
doneSignal.await(); // 等待所有线程完成

主线程等待子线程：在主线程中等待所有子线程完成任务后再继续执行。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5); // 假设有5个子线程

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                // 子线程执行任务
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                latch.countDown(); // 任务完成，计数器减1
            }
        }
    }).start();
}

latch.await(); // 主线程等待所有子线程完成
System.out.println("所有子线程已完成");

事件同步：在某些情况下，需要确保某些事件发生后再执行其他操作。例如，在系统启动时，等待所有服务初始化完成。
并发访问控制：限制对某些资源的并发访问。例如，在数据库迁移时，确保只有一个线程在进行数据迁移。

注意事项

CountDownLatch是不可重用的。一旦计数器达到零，CountDownLatch就不能再被使用。
如果在await()方法上等待的线程被中断，会抛出InterruptedException。
计数器的值不能被重置或增加，只能通过countDown()方法减少。

总结

CountDownLatch在Java多线程编程中是一个非常有用的工具，特别是在需要协调多个线程的执行顺序或等待某些操作完成时。它简化了线程同步的复杂性，使得代码更加清晰和易于维护。通过本文的介绍，希望读者能够在实际项目中灵活运用CountDownLatch，提高代码的并发性能和可靠性。