Java 多线程 锁存器 CountDownLatch

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * CountDownLatch 
 * 它被用来同步一个或多个任务，强制他们等待由其他任务执行的一组操作完成。
 * 
 * 你可以向CountDownLatch对象设定一个初始计数值，任何在这个对象上调用wait()的方法都减少这个计数值。
 * CountDownLatch被设计为只触发一次，计数值不能被重置。如果你需要能够重置计数值的版本，则可以使用
 * CyclicBarrier。
 * 
 * 调用countDown()的任务在产生这个调试时并没有被阻塞，只有对await()的调用会被阻塞，直至计数值到达0.
 * 
 * CountDownLatch的典型用法是将一个程序分为n个互相独立的可解决任务，并创建值为0的CountDownLatch。
 * 当每个任务完成时，都会在这个锁存器上调用countDown()。等待问题被解决的任务在这个锁存器上调用await(),
 * 将它们自己拦住，直至锁存器计数结束。下面是演示这种技术的一个框架示例：
 */
/**
 * TaskPortion将随机地休眠一段时间，以模拟这部分工作的完成
 * 
 * @create @author Henry @date 2016-12-29
 */
// Performs some portion of a task;
class TaskPortion implements Runnable {
	private static int counter = 0;
	private final int id = counter++;
	private static Random rand = new Random(47);
	private final CountDownLatch latch;

	public TaskPortion(CountDownLatch latch) {
		this.latch = latch;
	}

	public void doWork() throws InterruptedException {
		TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(2000));
		System.out.println(this + "completed");
	}

	@Override
	public void run() {
		try {
			doWork();
			latch.countDown();
		} catch (InterruptedException e) {
			System.err.println("InterruptedException");
		}
	}

	@Override
	public String toString() {
		return String.format("%1$-3d", id);
	}
}
/**
 * WaitingTask表示系统中必须等待的部分，它要等待到问题的初始部分完成为止。
 * 
 * @create @author Henry @date 2016-12-29
 */
// Waits on the CountDownLatch:
class WaitingTask implements Runnable {
	private static int counter = 0;
	private final int id = counter++;
	private final CountDownLatch latch;

	public WaitingTask(CountDownLatch latch) {
		this.latch = latch;
	}

	@Override
	public void run() {
		try {
			latch.await();
			System.out.println("Latch barrier passed for " + this);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}

	@Override
	public String toString() {
		return String.format("WaitingTask %1$-3d", id);
	}
}
/**
 * 所有任务都使用了在main()中定义的同一个单一的CountDownLatch
 * 
 * @create @author Henry @date 2016-12-29
 */
public class CountDownLatchDemo {
	static final int SIZE=10;
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService exec=Executors.newCachedThreadPool();
		//All must share a single CountDownLatch object;
		CountDownLatch latch =new CountDownLatch(SIZE);
		for(int i=0;i<SIZE/2;i++)
			exec.execute(new WaitingTask(latch));
		for(int i=0;i<SIZE;i++)
			exec.execute(new TaskPortion(latch));
		System.out.println("Lauched all tasks");
		exec.shutdown();//Quit when all tasks complete
	}
}

    类库的线程安全

    注意，TaskPortion包含一个静态的Random对象，这意味着多个任务可能会同时调用Random.nextInt()。这是否安全呢？

    如果存在问题，在这种情况下，可以通过向TaskPortion提供其自己的Random对象来解决。也就是说，通过移除static限定符的方式解决。但是这个问题对于Java标准类库中的方法来说，也大都存在：哪些线程安全的？哪些不是？

    遗憾的是，JDK文档并没有指出这一点。Random.nextInt()碰巧是安全的，但是，你必须通过使用Web引擎，或者审视Java类库代码，去逐个地揭示这一点。这对于被设计为支持，至少理论上支持并发的程序设计语言来说，并非是一件好事。

附录：JDK中的介绍：

java.util.concurrent 
类 CountDownLatch
java.lang.Object
  继承者 java.util.concurrent.CountDownLatch

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public class CountDownLatchextends Object一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。 

用给定的计数 初始化 CountDownLatch。由于调用了 countDown() 方法，所以在当前计数到达零之前，await 方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await 的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数，请考虑使用 CyclicBarrier。 

CountDownLatch 是一个通用同步工具，它有很多用途。将计数 1 初始化的 CountDownLatch 用作一个简单的开/关锁存器，或入口：在通过调用 countDown() 的线程打开入口前，所有调用 await 的线程都一直在入口处等待。用 N 初始化的 CountDownLatch 可以使一个线程在 N 个线程完成某项操作之前一直等待，或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。 

CountDownLatch 的一个有用特性是，它不要求调用 countDown 方法的线程等到计数到达零时才继续，而在所有线程都能通过之前，它只是阻止任何线程继续通过一个 await。 

示例用法： 下面给出了两个类，其中一组 worker 线程使用了两个倒计数锁存器： 

第一个类是一个启动信号，在 driver 为继续执行 worker 做好准备之前，它会阻止所有的 worker 继续执行。 
第二个类是一个完成信号，它允许 driver 在完成所有 worker 之前一直等待。 
 class Driver { // ...
   void main() throws InterruptedException {
     CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
     CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);

     for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
       new Thread(new Worker(startSignal, doneSignal)).start();

     doSomethingElse();            // don't let run yet
     startSignal.countDown();      // let all threads proceed
     doSomethingElse();
     doneSignal.await();           // wait for all to finish
   }
 }

 class Worker implements Runnable {
   private final CountDownLatch startSignal;
   private final CountDownLatch doneSignal;
   Worker(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal) {
      this.startSignal = startSignal;
      this.doneSignal = doneSignal;
   }
   public void run() {
      try {
        startSignal.await();
        doWork();
        doneSignal.countDown();
} catch (InterruptedException ex) {} // return;
   }

   void doWork() { ... }
 }

 另一种典型用法是，将一个问题分成 N 个部分，用执行每个部分并让锁存器倒计数的 Runnable 来描述每个部分，然后将所有 Runnable 加入到 Executor 队列。当所有的子部分完成后，协调线程就能够通过 await。（当线程必须用这种方法反复倒计数时，可改为使用 CyclicBarrier。） 

 class Driver2 { // ...
   void main() throws InterruptedException {
     CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);
     Executor e = ...

     for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads
       e.execute(new WorkerRunnable(doneSignal, i));

     doneSignal.await();           // wait for all to finish
   }
 }

 class WorkerRunnable implements Runnable {
   private final CountDownLatch doneSignal;
   private final int i;
   WorkerRunnable(CountDownLatch doneSignal, int i) {
      this.doneSignal = doneSignal;
      this.i = i;
   }
   public void run() {
      try {
        doWork(i);
        doneSignal.countDown();
      } catch (InterruptedException ex) {} // return;
   }

   void doWork() { ... }
 }

 内存一致性效果：线程中调用 countDown() 之前的操作 happen-before 紧跟在从另一个线程中对应 await() 成功返回的操作。 



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