Java并发编程之CountDownLatch

1. 基本原理

• 计数器
  CountDownLatch 在创建时需要指定一个初始计数值。这个值通常代表需要等待完成的任务数或线程数。

• 等待与递减

  • 等待：调用 await() 方法的线程会被阻塞，直到计数器变为 0。
  • 递减：每当一个任务完成后，应调用 countDown() 方法来将计数器减 1。当计数器减到 0 时，所有等待的线程将被唤醒，继续执行后续任务。

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2. 主要方法

• await()
  当前线程调用此方法后，会等待直到计数器归零。也可以调用带超时参数的版本来等待一定时间后放弃等待。

• countDown()
  每当一个任务完成时，调用此方法，将计数器减 1。一旦计数器为 0，所有等待的线程都会被释放。

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3. 使用场景

• 任务等待
  常见于主线程等待多个子线程完成各自的任务后，再进行汇总或后续处理。例如，启动多个任务加载数据，主线程在所有任务完成后开始处理数据。

• 并发启动
  可以用来确保多个线程在同一时刻开始工作。例如，所有线程等待一个“发令枪”信号后同时开始执行任务。

• 一次性计数器
  一旦计数器归零，CountDownLatch 就不能再重置，因此它适合用于一次性等待场景。

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4. 示例代码

下面的代码展示了如何使用 CountDownLatch 等待多个线程完成任务后，再让主线程继续执行：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建 CountDownLatch，初始计数为 3
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
        
        // 启动 3 个线程，每个线程执行任务后调用 countDown()
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在执行任务...");
                    Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行耗时
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 任务完成。");
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                } finally {
                    latch.countDown(); // 任务完成后，计数器减 1
                }
            }, "线程" + (i + 1)).start();
        }
        
        System.out.println("主线程等待所有任务完成...");
        // 主线程等待直到计数器为 0
        latch.await();
        System.out.println("所有任务完成，主线程继续执行。");
    }
}

在这个例子中，主线程调用 latch.await() 后会阻塞，直到 3 个工作线程分别调用 countDown()，使计数器归零。计数器归零后，主线程被唤醒，继续执行后续代码。

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5. 注意事项

• 一次性使用
  CountDownLatch 的计数器只能使用一次，归零后不能重新设置。

• 正确调用
  必须保证每个任务都能调用 countDown()，否则等待的线程可能永远无法被唤醒。