Java中CountDownLatch类是什么？

CountDownLatch 是 Java 提供的一个用于实现互斥锁的一种方式。它是一个轻量级的互斥机制，常用于处理需要同步多线程的任务（例如轮询、超时等待等）。与传统的 synchronized 关键字相比，CountDownLatch 更适合需要处理大量轮询请求或高并发场景的任务。

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基本概念

• CountDownLatch 是一种互斥锁，它基于计数机制来实现同步。它的核心思想是：只有当计数器达到一个特定的值时（通常是0），线程才能进入临界区执行任务。
• 当一个子线程调用 countdownTo() 方法时，主线程会减少计数器的值，直到计数器归零为止。主线程可以重新进入临界区。
• 一旦临界区中的主线程唤醒后（通过 awake() 方法），它会将计数器增加到其最大值。

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主要特点

1. 轮询机制：

   • 子线程可以通过调用 countdownTo(N) 方法将计数器减少到指定的值。
   • 主线程调用 awake() 方法后，可以唤醒被轮询的子线程并重新获取锁。

2. 高效性：

   • 由于不使用锁的原子操作（如 lock 和 unlock），CountDownLatch 的性能优于传统的互斥锁。
   • 它特别适合处理大量轮询请求，因为每个子线程只需要减少计数器一次即可唤醒主线程。

3. 轻量级：

   • CountDownLatch 是一种轻量级的互斥机制，因为它不需要维护锁结构或其他复杂的数据结构。

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示例代码

以下是一个使用 CountDownLatch 实现轮询任务的例子：

public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个计数器，并初始化为5
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5);
        
        // 启动5个子线程
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread((Runnable) () -> {
                System.out.println("子线程" + i + "正在等待...");
                countDownLatch.countdownTo(1); // 将计数器减少到1，表示被轮询
            }).start();
        }
        
        // 启动主线程
        Runnable mainTask = () -> {
            System.out.println("\n主线程开始执行！");
            
            try {
                countDownLatch.awake(); // 唤醒被轮询的子线程（计数器归零）
                
                // 完成任务后重置计数器
                countDownLatch.countDownLatch(10); // 将计数器设置回5
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        };
        
        new Runnable() {
            public void run() {
                mainTask(); // 启动主线程
            }
        }.start();

        System.out.println("\n主线程已执行完毕！");
    }
}

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使用场景

• 轮询任务：当需要处理大量轮询请求时，CountDownLatch 是一个高效的选择。例如，Web服务器处理并发请求时，可以使用 CountDownLatch 来轮询不同的客户端。
• 超时等待：当某个操作失败后（如网络连接不通），可以使用 CountDownLatch 实现超时后的重试逻辑。

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优缺点

优点：

1. 高性能：相比传统的互斥锁，CountDownLatch 的性能更好，尤其是在处理大量轮询请求时。
2. 轻量级：不涉及锁的原子操作或其他复杂实现，适合频繁启动和停止线程的任务。

缺点：

1. 无法直接获取锁：使用 CountDownLatch 时，需要手动管理计数器和唤醒逻辑。因此，在需要获取锁的情况下（如其他高并发操作），可能需要结合其他工具。
2. 不支持批量轮询：如果需要同时处理多个轮询请求，可能需要手动实现。

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总结

CountDownLatch 是一种高效、轻量级的互斥机制，特别适合用于轮询任务或超时等待场景。它通过计数器实现同步，避免了传统互斥锁的一些性能问题。然而，在某些情况下（例如需要直接获取锁时），可能还需要结合其他工具来使用。