使用CountDownLatch實現並發控制

一、CountDownLatch概述

CountDownLatch是Java並發包中提供的一種同步工具類，它可以讓一個或多個線程等待其他線程的完成。CountDownLatch內部維護了一個計數器，這個計數器可以被任意線程減少，並且只能被減少一次，一旦計數器為0，等待的線程就可以繼續執行下去。

CountDownLatch的構造函數需要一個參數count，表示需要等待的線程數量，也就是計數器的初始值。當需要等待的線程都完成了任務後，調用CountDownLatch的countdown()方法，將計數器的值減1。使用await()方法的線程會阻塞，直到計數器為0，才能繼續執行下去。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int nThreads = 5;

        CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch endSignal = new CountDownLatch(nThreads);

        for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Task(startSignal, endSignal), "Thread-"+i);
            thread.start();
        }

        System.out.println("主線程等待子線程執行任務...");
        startSignal.countDown();
        endSignal.await();
        System.out.println("所有子線程執行任務完畢，繼續執行其他任務...");
    }

    private static class Task implements Runnable {
        private final CountDownLatch startSignal;
        private final CountDownLatch endSignal;

        public Task(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch endSignal) {
            this.startSignal = startSignal;
            this.endSignal = endSignal;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                startSignal.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在執行任務...");
                Thread.sleep((long) (Math.random() * 5000));
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 任務執行完畢.");
                endSignal.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }
}

二、使用CountDownLatch實現並發控制

CountDownLatch可以很方便地用於實現並發控制，可以控制多個線程在特定的時刻同時開始或同時結束執行。

下面的代碼演示了如何使用CountDownLatch實現多個線程在特定時間點同時開始執行。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class ConcurrentControlDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int concurrentNum = 3;
        final CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);
        final CountDownLatch endSignal = new CountDownLatch(concurrentNum);

        for (int i = 0; i < concurrentNum; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Task(startSignal, endSignal), "Thread-"+i);
            thread.start();
        }

        System.out.println("主線程正在做其他事情...");
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("主線程做完了，允許並發程序開始執行任務...");
        startSignal.countDown();
        endSignal.await();
        System.out.println("所有子線程執行任務完畢，繼續執行其他任務...");
    }

    private static class Task implements Runnable {
        private final CountDownLatch startSignal;
        private final CountDownLatch endSignal;

        public Task(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch endSignal) {
            this.startSignal = startSignal;
            this.endSignal = endSignal;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                startSignal.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在執行任務...");
                Thread.sleep((long) (Math.random() * 5000));
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 任務執行完畢.");
                endSignal.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }
}

三、CountDownLatch的特點和使用場景

CountDownLatch的特點：

• 對計數器的操作是原子操作，多個線程可以安全地操作同一個CountDownLatch對象。
• 一旦計數器的值變為0，就不能再被增加。
• 一旦計數器的值變為0，await()方法會立刻返回，不會阻塞。
• CountDownLatch不能重用，如果需要重用，需要創建新的實例。

CountDownLatch的使用場景：

• 控制多個線程在特定的時刻同時開始或同時結束執行。
• 等待一組並行執行的任務完成後再繼續執行下一步操作。
• 可以用於測試多線程代碼的正確性，確保多個線程在特定的時刻達到預期的狀態。

四、小結

CountDownLatch是一個非常有用的並發工具類，可以控制多個線程在特定的時刻同時開始或同時結束執行。使用CountDownLatch可以很方便地實現對並發執行的控制，提高程序的效率。