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王者并发课-铂金7:整齐划一-CountDownLatch如何协调多线程的开始和结束

2022-06-13 19:48 483 查看 https://www.cnblogs.com/time-a

欢迎来到《王者并发课》,本文是该系列文章中的第20篇

在上一篇文章中,我们介绍了Condition的用法。在本文中,将为你介绍CountDownLatch的用法。CountDownLatch是JUC中的一款常用工具类,当你在编写多线程代码时,如果你需要协调多个线程的开始和结束动作时,它可能会是你的不错选择

一、CountDownLatch适用的两个典型应用场景

场景1. 协调子线程结束动作:等待所有子线程运行结束

对于资深的王者来说,下面这幅图一定再熟悉不过了。在王者开局匹配队友时,所有的玩家都必须进行确认操作,只有全部确认后才可以进入游戏,否则将进行重新匹配。如果我们把各玩家看作是子线程的话,那么就需要各子线程完成确认动作,游戏才能继续。其实,此类场景不止于王者,在生活中类似的场景还有很多。比如,所有乘客登机后飞机才能关舱门,除非超时后他们抛弃了你。

对于上图所示的玩家确认界面,如果用多线程模拟的话,那么它应该是下面的样子:

主线程创建了5个子线程,各子任务执行确认动作,期间主线程进入等待状态,直到各子线程的任务均已经完成,主线程恢复继续执行,也就是游戏继续。而如果其中某个玩家超时未执行确认的话,那么主线程将结束本次匹配,重新开始新一轮的匹配。

场景2. 协调子线程开始动作:统一各线程动作开始的时机

这个场景的例子也十分常见。比如,田径场上,各选手各就各位等待发令枪。在发令枪响之前,选手只能原地就位,否则就是违规。如果从多线程的角度看,这恰似你创建了一些多线程,但是你需要统一管理它们的任务开始时间。因为,如果你不对此做干预的话,线程调用

start()
之后的具体时间是不确定的,这个知识点我们早在青铜系列文章中就已经讲过

在王者中也有类似的场景,游戏开始时,各玩家的初始状态必须一致。总不能,你刚降生,对方已经打到你家门口了

上述两个场景的问题,正是CountDownLatch所要解决的问题。理解了这两个问题,你也就理解了CountDownLatch存在的价值。

二、Java中的CountDownLatch设计

JUC中CountDownLatch的实现,是以类的形式存在,而不是接口,你可以直接拿过来使用。并且,它的实现还很简单。在数据结构上,CountDownLatch基于一个同步器实现,你可以看它的

final Sync sync
变量。

而在构造函数上,CountDownLatch有且只有

CountDownLatch(int count)
一个构造器,并且你需要指定数量,并且你不得在中途修改它,这点务必牢记

核心函数

  • await()
    :等待latch降为0;
  • boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
    :等待latch降为0,但是可以设置超时时间。比如有玩家超时未确认,那就重新匹配,总不能为了某个玩家等到天荒地老吧。
  • countDown()
    :latch数量减1;
  • getCount()
    :获取当前的latch数量。

从CountDownLatch的方法上看,还是比较简单易懂的,重点要理解

await()
countDown()
.

三、CountDownLatch如何解决场景问题

接下来,我们将第一小节的两个场景问题用代码实现一遍,让你对CountDownLatch的用法有个直观的理解。

场景1. CountDownLatch实现对各子线程的等待

创建大乔、兰陵王、安其拉、哪吒和铠等五个玩家,主线程必须在他们都完成确认后,才可以继续运行。

在这段代码中,

new CountDownLatch(5)
用户创建初始的latch数量,各玩家通过
countDownLatch.countDown()
完成状态确认。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);

Thread 大乔 = new Thread(countDownLatch::countDown);
Thread 兰陵王 = new Thread(countDownLatch::countDown);
Thread 安其拉 = new Thread(countDownLatch::countDown);
Thread 哪吒 = new Thread(countDownLatch::countDown);
Thread 铠 = new Thread(() -> {
try {
// 稍等,上个卫生间,马上到...
Thread.sleep(1500);
countDownLatch.countDown();
} catch (InterruptedException ignored) {}
});

大乔.start();
兰陵王.start();
安其拉.start();
哪吒.start();
铠.start();
countDownLatch.await();
System.out.println("所有玩家已经就位!");
}

场景2. CountDownLatch实现对多线程的统一管理

在这个场景中,我们仍然用五个线程代表大乔、兰陵王、安其拉、哪吒和铠等五个玩家。需要注意的是,各玩家虽然都调用了

start()
线程,但是它们在运行时都在等待countDownLatch的信号,在信号未收到前,它们不会往下执行

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

Thread 大乔 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
Thread 兰陵王 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
Thread 安其拉 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
Thread 哪吒 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));
Thread 铠 = new Thread(() -> waitToFight(countDownLatch));

大乔.start();
兰陵王.start();
安其拉.start();
哪吒.start();
铠.start();
Thread.sleep(1000);
countDownLatch.countDown();
System.out.println("敌方还有5秒达到战场,全军出击!");
}

private static void waitToFight(CountDownLatch countDownLatch) {
try {
countDownLatch.await(); // 在此等待信号再继续
System.out.println("收到,发起进攻!");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

运行结果如下,各玩家在收到出击信号发起了进攻:

敌方还有5秒达到战场,全军出击!
收到,发起进攻!
收到,发起进攻!
收到,发起进攻!
收到,发起进攻!
收到,发起进攻!

Process finished with exit code 0

小结

以上就是关于CountDownLatch的全部内容。总体上,CountDownLatch比较简单且易于理解。在学习时,先了解其设计意图,再写个Demo基本就能流畅掌握。

正文到此结束,恭喜你又上了一颗星✨

夫子的试炼

  • 编写代码体验CountDownLatch用法。

延伸阅读与参考资料

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关于作者

从业近十年,先后从事敏捷与DevOps咨询、Tech Leader和管理等工作,对分布式高并发架构有丰富的实战经验。热衷于技术分享和特定领域书籍翻译,掘金小册《高并发秒杀的设计精要与实现》作者。

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