java共享锁实现原理及CountDownLatch解析

java共享锁实现原理及CountDownLatch解析

前言

前面介绍了ReentrantLock，又叫排他锁，本篇主要通过CountDownLatch的学习来了解java并发包中是如何实现共享锁的。

CountDownLatch使用解说

CountDownLatch是java5中新增的一个并发工具类，其使用非常简单，下面通过伪代码简单看一下使用方式：

这里写图片描述

这是一个使用CountDownLatch非常简单的例子，创建的时候，需要指定一个初始状态值，本例为2，主线程调用 latch.await时，除非latch状态值为0，否则会一直阻塞休眠。当所有任务执行完后，主线程唤醒，最终执行打印动作。

以上只是一个最简单的例子，接着咱们再来看一个，这回，咱们想要在任务执行完后做更多的事情，如下图所示：

这里写图片描述

这一次，在线程3和线程4中，分别调用了latch.await()，当latch状态值为0时，这两个线程将会继续执行任务，但是顺序性是无法保证的。

CountDownLatch的方便之处在于，你可以在一个线程中使用，也可以在多个线程上使用，一切只依据状态值，这样便不会受限于任何的场景。

java共享锁模型

在java5提供的并发包下，有一个AbstractQueuedSynchronizer抽象类，也叫AQS，此类根据大部分并发共性作了一些抽象，便于开发者实现如排他锁，共享锁，条件等待等更高级的业务功能。它通过使用CAS和队列模型，出色的完成了抽象任务，在此向Doug Lea致敬。

AQS比较抽象，并且是优化精简的代码，如果一头扎进去，可能会比较容易迷失。本篇只解说CountDownLatch中使用到的共享锁模型。

我们以CountDownLatch第二个例子作为案例来分析一下，一开始，我们创建了一个CountDownLatch实例，

这里写图片描述

此时，AQS中，状态值state=2，对于 CountDownLatch 来说，state=2表示所有调用await方法的线程都应该阻塞，等到同一个latch被调用两次countDown后才能唤醒沉睡的线程。接着线程3和线程4执行了 await方法，这会的状态图如下:

这里写图片描述

注意，上面的通知状态是节点的属性，表示该节点出队后，必须唤醒其后续的节点线程。当线程1和线程2分别执行完latch.countDown方法后，会把state值置为0，此时，通过CAS成功置为0的那个线程将会同时承担起唤醒队列中第一个节点线程的任务，从上图可以看出，第一个节点即为线程3，当线程3恢复执行之后，其发现状态值为通知状态，所以会唤醒后续节点，即线程4节点，然后线程3继续做自己的事情，到这里，线程3和线程4都已经被唤醒，CountDownLatch功成身退。

上面的流程，如果落实到代码，把 state置为0的那个线程，会判断head指向节点的状态，如果为通知状态，则唤醒后续节点，即线程3节点，然后head指向线程3节点，head指向的旧节点会被删除掉。当线程3恢复执行后，发现自身为通知状态，又会把head指向线程4节点，然后删除自身节点，并唤醒
线程4。

这里可能读者会有个疑问，线程节点的状态是什么时候设置上去的。其实，一个线程在阻塞之前，就会把它前面的节点设置为通知状态，这样便可以实现链式唤醒机制了。

结束语

本篇从CountDownLatch入手讲解AQS中的共享锁模式，主要是由CountDownLatch的实现相对简单，但却实现了共享锁模型，如果在理解了模型的基础上，从CountDownLatch入手来看AQS关于共享锁的代码还比较好看懂，在看的时候，建议以看懂大致内容为主，学习其设计的思路，不要陷入所有条件处理细节中，多线程环境中，对与错有时候不是那么容易看出来的。