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CountDownLatch闭锁源码解析(基于jdk11)
1.1 CountDownLatch概述
public class CountDownLatch extends Object
CountDownLatch是一种同步工具，常被称为"闭锁"，也叫做"倒计数器"。在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，CountDownLatch允许一个或多个线程一直等待。
很明显，这类似于在开始某个行为之前的准备操作
比如有一个任务A，它要等待其他4个任务完成后才能执行后续工作，此时就可以利用CountDownLatch。
1.2 CountDownLatch原理
1.2.1 基本结构(jdk11)
UML类图可知，CountDownLatch内部同样也使用了AQS实现功能，大胆猜测与AQS里的state状态属性有关。
CountDownLatch的构造函数接受了一个int类型的count参数作为计数器，如果你想等待N个线程计数，那就传入N。通过构造函数，实际上是把count赋值给了AQS里的同步状态属性state。
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在CountDownLatch的Sync实现中，重写了tryAcquireShared和tryReleaseShared方法，此处可看出是一个共享锁。
一般情况下（常见Lock锁的实现中)我们在释放锁的时候会将state资源减少，获得锁的时候会将state资源增加，当state变为0表示释放锁成功或者没有线程获取到锁，但是CountDownLatch中state的含义则不一样：
- 在尝试获取锁的tryAcquireShared中，虽然名字叫获取锁，但事里面逻辑却只做了一个判断，如果state为0就表示获得了锁，state为其他值的情况下都没有获取锁，tryAcquireShared方法在awit()系列方法中被调用。
- 在尝试释放锁的tryReleaseShared方法中，虽然名字叫释放锁，但却仅仅是在对state尝试自减操作，它的内部是一个循环操作，每一次的调用tryReleaseShared都会首先判断state是否为0，如果是，那么返回false表示“释放锁失败”，如果不是那么尝试CAS的将state自减1，CAS成功之后会判断此时的值是否为0，如果不是那么表示“释放锁失败”，返回false，否则表示“释放锁成功”，返回true，这里的操作可以永远保证只有一个线程能够因为“释放锁成功”而返回true。tryReleaseShared方法在countDown()方法中被调用。
1.2.2 await()方法
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
需要等待的线程调用。调用该方法后，当前线程会被阻塞，直到下面的情况之一发生才会返回：
- 当计数器的值为0 时；
- 其他线程调用了当前线程的interrupt()方法中断了当前线程，当前线程就会抛出InterruptedException 异常，然后返回。
根据源码，想要调用await方法的线程能够返回，一般情况下需要获取到共享锁，而CountDownLatch内部的tryAcquireShared返回大于0的要求是state为0，即只有在state为0的时候，调用await方法的线程才能能够返回。
/**
* CountDownLatch 的await方法
*
* @throws InterruptedException 等待时被中断
*/
public void await() throws InterruptedException {
//调用了AQS 的acquireSharedInterruptibly方法，共享式可中断获取锁
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
/**
* AQS 的acquireSharedInterruptibly方法
* 共享式获取同步状态，可以被中断，在AQS部分我们已经讲过了
*
* @param arg 参数，在实现的时候可以传递自己想要的数据，这里没什么用
* @throws InterruptedException 等待时被中断
*/
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
//如果线程被中断则抛出异常
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
//tryAcquireShared方法由AQS的子类实现，尝试共享式获取锁，如果返回值小于0，表示获取失败
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
//获取锁失败的线程进入AQS的队列等待，在被唤醒之后还是会继续调用tryAcquireShared获取锁，直到获得锁成功
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
1.2.3 await(timeout, unit)方法
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
需要等待的线程调用。调用该方法后，当前线程会被阻塞，直到下面的情况之一发生才会返回：
- 当计数器值为0 时，这时候会返回true ；
- 设置的timeout 时间到了，因为超时而返回false ；
- 其他线程调用了当前线程的interrupt()方法中断了当前线程，当前线程就会抛出InterruptedException 异常，然后返回。
与空参await()方法类似，内部使用了AQS的tryAcquireSharedNanos，而空参await()则是使用acquireSharedInterruptibly
/**
* CountDownLatch 的await( timeout, unit)方法
* 超时等待
*
* @param timeout 等待时间
* @param unit 时间单位
* @return true 成功 false 失败
* @throws InterruptedException 被中断
*/
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
//调用了AQS 的tryAcquireSharedNanos方法，共享式超时可中断获取锁
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
/**
* AQS 的tryAcquireSharedNanos方法
* 共享式超时获取锁，可以被中断，在AQS部分我们已经讲过了
*
* @param arg 参数
* @param nanosTimeout 超时时间，纳秒
* @return 是否获取锁成功
* @throws InterruptedException 被中断
*/
public final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)
throws InterruptedException {
//最开始就检查一次，如果当前线程是被中断状态，直接抛出异常
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
//下面是一个||运算进行短路连接的代码
//tryAcquireShared尝试获取锁，获取到了(返回大于等于0)直接返回true
//获取不到（左边表达式为false） 就执行doAcquireSharedNanos方法
//doAcquireSharedNanos等待一段时间,直到途中计数器变成了0就返回，或者时间到了自动返回，或者等待时被中断
return tryAcquireShared(arg) >= 0 ||
doAcquireSharedNanos(arg, nanosTimeout);
}
1.2.4 countDown()方法
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
需要准备线程调用。如果当前计数（也就是state）等于0，则什么也不做；
如果当前计数大于0，则尝试CAS将计数器递减1，递减成功如果新的计数为零，出于线程调度目的，将唤醒所有的因为调用await而等待的线程。
底层使用AQS的tryReleaseShared方法
1.2.5 countDown()方法
public long getCount() {
return sync.getCount();
}
获取当前计数器的值，也就是AQS 的state 的值。
1.3 CountDownLatch的使用
具体看语雀另一篇CountDownLatch文章
1.4 CountDownLatch的总结
CountDownLatch利用AQS状态属性state来实现共享锁
在tryAcquireShared中只有state为0才表示"获取到锁"，否则就会阻塞调用线程，在await方法使用；
在tryReleaseShared中只有state自减后为0才表示释放到锁，即只有当某个countDown方法将state变成0的时候，此时表示“成功释放了锁”，随后就会唤醒因为调用await方法而阻塞的线程，被唤醒的线程会判断到此时state=0，因此可以返回
countDown方法可以用在任何地方，这里的初始值N，可以是N个线程执行完毕之后调用N次countDown方法，也可以是1个线程里的N次调用countDown方法。
CountDownLatch一般用来确保某些活动直到其他活动都完成才继续执行，比如：
- 确保某个计算在其需要的所有资源都被初始化之后才继续执行；
- 确保某个服务在其依赖的所有其他服务都已经启动之后才启动；
- 等待直到某个操作所有参与者都准备就绪再继续执行。