一、CountdownLatch是什么
CountdownLatch(闭锁/倒计时锁)，是Java中用于多线程协作的工具类，核心功能是让一个或多个线程等待其他线程完成操作。
- 初始化计数器：new CountDownLatch(int count)进行初始化，count参代表需要等待完成任务的数量。
- 线程阻塞：当一个线程调用await()方法时，如果计数器的值不为 0，该线程会被阻塞，进入等待状态，直到计数器变为 0 或者线程被中断。
- 计数器递减：其他线程在完成自己的任务后，可以调用**countDown()**方法，该方法会将计数器的值减 1。这个操作是线程安全的，多个线程同时调用countDown()也能正确处理。
- 唤醒机制：当计数器的值通过countDown()方法递减到 0 时，所有因调用**await()**方法而被阻塞的线程会被唤醒，继续执行后续的代码逻辑。
二：快速上手：代码示例：
public class CountDownLatchTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建CountDownLatch，设置计数器初始值为3
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 创建并启动3个子线程
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(new Worker(latch)).start();
}
try {
System.out.println("主线程等待子线程完成...");
// 主线程调用await()方法，进入阻塞状态
latch.await();
System.out.println("所有子线程已完成，主线程继续执行");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class Worker implements Runnable {
private final CountDownLatch latch;
public Worker(CountDownLatch latch) {
this.latch = latch;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始工作");
// 模拟子线程工作
Thread.sleep((long) (Math.random() * 2000));
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 工作完成");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 子线程工作完成，调用countDown()方法
latch.countDown();
}
}
}
控制台输出：
三、CountDownLatch的使用场景
CountDownLatch典型用法：
场景 说明 生活类比
多任务结果汇总 主线程等待所有子任务完成后汇总数据 组装电脑：等CPU、内存、硬盘安装完成再开机
模拟高并发测试 同时释放N个线程模拟用户并发请求 赛跑：所有选手等待发令枪统一出发
服务依赖启动检查 确保所有依赖服务就绪后主服务启动 火箭发射：检查燃料、导航、通信系统后点火
批量任务进度控制 游戏加载：等待地图、角色、音效资源加载完毕 电影开场：所有观众到齐后放映
| 场景 | 说明 | 生活类比 |
|---|---|---|
| 多任务结果汇总 | 主线程等待所有子任务完成后汇总数据 | 组装电脑：等CPU、内存、硬盘安装完成再开机 |
| 模拟高并发测试 | 同时释放N个线程模拟用户并发请求 | 赛跑：所有选手等待发令枪统一出发 |
| 服务依赖启动检查 | 确保所有依赖服务就绪后主服务启动 | 火箭发射：检查燃料、导航、通信系统后点火 |
| 批量任务进度控制 | 游戏加载：等待地图、角色、音效资源加载完毕 | 电影开场：所有观众到齐后放映 |
四、CountDownLatch的不足
CountDownLatch是一次性的，计数器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当CountDownLatch使用完毕后，它不能再次被使用。
使用注意事项
1.计数器的合理设置：在使用CountDownLatch时，计数器的初始值应根据实际任务需求合理设置。
2.countDown的位置：应尽量放在finally块中，以确保无论任务执行过程中是否发生异常，计数器都会被正确递减。若
3.在调用await()方法时，建议使用带超时参数的**await(long timeout, TimeUnit unit)**方法，以防止线程因某些异常情况导致永久阻塞。
五、底层原理：AQS熟悉爱你
CountDownLatch 的底层是基于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）实现的，AQS 是 Java 并发包中实现同步器的基础框架，它提供了一种高效的方式来管理同步状态和线程等待队列。
1. 关键组件
AQS 同步队列：这是一个双向链表，用于管理阻塞的线程。当一个线程调用await()方法且计数器不为 0 时，该线程会被封装成一个Node节点加入到同步队列中。每个Node包含了线程的引用、等待状态以及前驱和后继节点的引用。
volatile state：AQS 中的state变量是一个volatile修饰的整数，用于记录当前计数器的值。volatile关键字保证了多线程环境下对state的读写操作具有可见性，即一个线程对state的修改能立即被其他线程看到。
CAS 原子操作：在更新state时，使用了 CAS（Compare and Swap）原子操作。CAS 操作包含三个操作数：内存地址、预期原值和新值。只有当内存地址中的实际值与预期原值相等时，才会将新值赋给内存地址，否则操作失败。这种原子操作保证了在多线程环境下对state的更新是线程安全的，避免了竞态条件。
2. 执行流程解析
await () 方法：当一个线程调用await()方法时，首先会检查state是否为 0。如果state不为 0，说明还有任务未完成，当前线程需要等待。此时，线程会被封装成一个Node节点加入到 AQS 同步队列的尾部，并将线程挂起。线程会进入一个自旋等待的过程，不断检查前驱节点是否为头节点且是否能成功获取共享资源（即state是否为 0）。如果条件满足，线程被唤醒并继续执行。
countDown () 方法：当一个线程调用countDown()方法时，会通过 CAS 操作将state减 1。如果减 1 后state的值变为 0，说明所有任务都已完成，此时会唤醒 AQS 同步队列中的所有等待线程。具体过程是从队列头部开始，依次唤醒每个等待的线程，让它们有机会重新竞争资源并继续执行。
内存泄漏风险
当使用CountDownLatch与ExecutorService结合时，要注意及时释放ExecutorService资源。如果ExecutorService未正确关闭，其中的线程可能会一直持有对CountDownLatch的引用，导致CountDownLatch无法被垃圾回收，从而产生内存泄漏。在任务完成后，应及时调用ExecutorService的shutdown()或shutdownNow()方法关闭线程池，释放资源。
中断响应
在等待过程中，若线程被中断，应优先处理InterruptedException异常。CountDownLatch的await()方法会抛出InterruptedException，当捕获到该异常时，应根据业务逻辑进行适当处理，如记录日志、中断其他相关线程或进行资源清理等。避免在捕获异常后简单地忽略或继续执行，导致程序出现不一致的状态或其他潜在问题。
六、常见面试题
与CyclicBarrier区别？
- CountDownLatch：一次性使用，主线程等待子线程。
- CyclicBarrier：可重复使用，子线程相互等待。
state变量为什么用volatile修饰？
- 保证多线程间可见性，确保计数变化实时生效。
CAS操作有什么作用？
- 原子性更新计数器，避免多线程竞争导致计数错误。
七、总结
- 核心价值：简化多线程协作，实现"
等待-唤醒"控制。 - 适用场景：任务协调、并发测试、服务依赖管理。
- 使用口诀：初始化计数 → 任务完成减1 → 归零唤醒主线程。
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