CountDownLatch使用詳解

CountDownLatch是Java並發包中常用的工具類之一，用於實現線程同步，控制線程的執行順序和協調多個線程之間的操作。CountDownLatch的使用可以在多種情景下發揮作用，如：如果一個主線程（或者一個線程）要等待多個子線程完成並且匯總所有結果之後再繼續執行，那麼可以使用CountDownLatch來實現。

一、CountDownLatch簡介

CountDownLatch是Java並發包中提供的一個同步工具類，被廣泛用於多線程並發編程中。它的主要作用是允許一個線程等待一組線程執行完畢後再繼續執行。CountDownLatch內部維護了一個計數器，計數器的初始值為一個正整數，當一個線程執行完畢時，計數器的值減1。當計數器的值降為0時，主線程（或者一組線程）被喚醒，繼續執行後面的流程。

CountDownLatch主要有兩個方法：countDown()和await()。countDown()方法用於將CountDownLatch的計數器減1，await()方法用於阻塞主線程或者一組線程，直到計數器的值降為0。

下面是一個使用CountDownLatch計算1~10的和的例子：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int n = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(n);
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i  {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running...");
                sum += num;
                latch.countDown();
            }, "Thread-" + i).start();
        }
        latch.await();
        System.out.println("Sum of 1~10 is " + sum);
    }
}

執行結果如下：

Thread-1 is running...
Thread-2 is running...
Thread-3 is running...
Thread-4 is running...
Thread-5 is running...
Thread-6 is running...
Thread-7 is running...
Thread-8 is running...
Thread-9 is running...
Thread-10 is running...
Sum of 1~10 is 55

二、CountDownLatch不生效的情況

在使用CountDownLatch的過程中，有時候會遇到計數器值無法降為0的情況，這裡介紹一些CountDownLatch不生效的情況：

1. 計數器的值被錯誤設置為了0，導致等待線程無法正確計數。

2. 計數器的值被線程錯誤的重置了，導致等待線程的等待時間大於CountDownLatch計數器的減少時間。

3. 使用CountDownLatch的線程太少，無法減少計數器的值，導致等待線程一直在等待。

4. 在計數器的值被減少為0之前，等待線程線程被意外喚醒，導致程序提前退出。

三、Countdown死亡倒計時下載

Countdown死亡倒計時下載是指當下載一個文件時，如果網絡異常或者其他原因導致下載停止，那麼可以使用CountDownLatch來實現下載死亡倒計時，如果下載的時間超過了設置的時間，則自動中斷下載。

下面是一個使用CountDownLatch實現下載死亡倒計時的例子：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class DownloadDemo {

    public static void main(String[] args) {
        String url = "http://example.com/example.txt";
        String file = "example.txt";
        int timeout = 5000;
        download(url, file, timeout);
    }

    public static void download(String url, String file, int timeout) {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
        executorService.execute(() -> {
            try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new URL(url).openConnection().getInputStream());
                    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file)) {
                byte[] buffer = new byte[1024];
                int len;
                while ((len = bis.read(buffer)) != -1) {
                    fos.write(buffer, 0, len);
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                latch.countDown();
            }
        });

        try {
            boolean isSuccess = latch.await(timeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
            if (!isSuccess) {
                System.out.println("Download timeout, cancel download.");
                executorService.shutdownNow();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            executorService.shutdown();
        }
    }
}

在以上代碼中，我們使用一個線程池來執行文件下載任務，下載完成後，通過latch.countDown()來表示下載任務已完成。然後在主線程中通過latch.await(timeout, TimeUnit.MILLISECONDS)來等待下載任務完成。如果等待時間超過了設置的超時時間timeout，則自動中斷下載任務，釋放資源。