腾讯面试居然跟我扯了半小时的CountDownLatch - 好文

一个长头发、穿着清爽的小姐姐，拿着一个崭新的Mac笔记本向我走来，看着来势汹汹，我心想着肯定是技术大佬吧！但是我也是一个才华横溢的人，稳住我们能赢。

面试官：看你简历上有写熟悉并发编程，CountDownLatch一定用过吧，跟我说说它！

我：CountDownLatch是JDK提供的一个同步工具，它可以让一个或多个线程等待，一直等到其他线程中执行完成一组操作。

面试官：CountDownLatch有哪些常用的方法？

我：有countDown方法和await方法，CountDownLatch在初始化时，需要指定用给定一个整数作为计数器。当调用countDown
方法时，计数器会被减1；当调用await方法时，如果计数器大于0时，线程会被阻塞，一直到计数器被countDown
方法减到0时，线程才会继续执行。计数器是无法重置的，当计数器被减到0时，调用await方法都会直接返回。

面试官：调用countDown方法时，线程也会阻塞嘛？

我：不会的，调用countDown的线程可以继续执行，不需要等待计数器被减到0，只是调用await方法的线程需要等待。

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面试官：可以举一个使用CountDownLatch的例子吗？

我
：比如张三、李四和王五几个人约好去饭店一起去吃饭，这几个人都是比较绅士，要等到所有人都到齐以后才让服务员上菜。这种场景就可以用到CountDownLatch。

面试官：可以写一下吗？

我：当然可以，这是张三、李四和王五的顾客类：
package onemore.study; import java.text.SimpleDateFormat; import
java.util.Date; import java.util.Random; import
java.util.concurrent.CountDownLatch; public class Customer implements Runnable
{ private CountDownLatch latch; private String name; public
Customer(CountDownLatch latch, String name) { this.latch = latch; this.name =
name; } @Override public void run() { try { SimpleDateFormat sdf = new
SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS"); Random random = new Random();
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + name + "出发去饭店");
Thread.sleep((long) (random.nextDouble() * 3000) + 1000);
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + name + "到了饭店");
latch.countDown(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
这是服务员类：
package onemore.study; import java.text.SimpleDateFormat; import
java.util.Date; import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class
Waitress implements Runnable { private CountDownLatch latch; private String
name; public Waitress(CountDownLatch latch, String name) { this.latch = latch;
this.name = name; } @Override public void run() { try { SimpleDateFormat sdf =
new SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS"); System.out.println(sdf.format(new Date())
+ " " + name + "等待顾客"); latch.await(); System.out.println(sdf.format(new
Date()) + " " + name + "开始上菜"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
} }
然后，再写一个测试类，用于模拟上面所说的场景：
package onemore.study; import java.util.ArrayList; import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class CountDownLatchTester {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); List<Thread> threads = new
ArrayList<>(3); threads.add(new Thread(new Customer(latch, "张三")));
threads.add(new Thread(new Customer(latch, "李四"))); threads.add(new Thread(new
Customer(latch, "王五"))); for (Thread thread : threads) { thread.start(); }
Thread.sleep(100); new Thread(new Waitress(latch, "♥小芳♥")).start(); } }
运行以后的结果应该是这样的：
15:25:53.015 王五出发去饭店 15:25:53.015 李四出发去饭店 15:25:53.015 张三出发去饭店 15:25:53.062
♥小芳♥等待顾客 15:25:54.341 张三到了饭店 15:25:54.358 李四到了饭店 15:25:56.784 王五到了饭店
15:25:56.784 ♥小芳♥开始上菜
可以看到，服务员小芳在调用await方法时一直阻塞着，一直等到三个顾客都调用了countDown方法才继续执行。

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面试官：如果有一个顾客迟迟没到，饭店都打样了，也不能一直等啊，应该这么办？

我：可以使用await方法的另一个重载，传入等待的超时时间，比如服务员只等3秒钟，可以把服务员类中的
latch.await();
改成：
latch.await(3, TimeUnit.SECONDS);
运行结果可能是这样的：
17:24:40.915 张三出发去饭店 17:24:40.915 李四出发去饭店 17:24:40.915 王五出发去饭店 17:24:40.948
♥小芳♥等待顾客 17:24:43.376 李四到了饭店 17:24:43.544 王五到了饭店 17:24:43.951 ♥小芳♥开始上菜
17:24:44.762 张三到了饭店
可以看到，服务员小芳在调用await方法时虽然被阻塞了，但是时间超过3秒后，没等顾客张三调用countDown方法就继续执行开始上菜了。

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面试官：CountDownLatch的实现原理是什么？

我：CountDownLatch有一个内部类叫做Sync，它继承了AbstractQueuedSynchronizer类，其中维护了一个整数state
，并且保证了修改state的可见性和原子性。

创建CountDownLatch实例时，也会创建一个Sync的实例，同时把计数器的值传给Sync实例，具体是这样的：
public CountDownLatch(int count) { if (count < 0) throw new
IllegalArgumentException("count < 0"); this.sync = new Sync(count); }
在 countDown方法中，只调用了Sync实例的releaseShared方法，具体是这样的：
public void countDown() { sync.releaseShared(1); }
其中的releaseShared方法，先对计数器进行减1操作，如果减1后的计数器为0，唤醒被await方法阻塞的所有线程，具体是这样的：
public final boolean releaseShared(int arg) { if (tryReleaseShared(arg)) {
//对计数器进行减一操作 doReleaseShared();//如果计数器为0，唤醒被await方法阻塞的所有线程 return true; }
return false; }
其中的tryReleaseShared
方法，先获取当前计数器的值，如果计数器为0时，就直接返回；如果不为0时，使用CAS方法对计数器进行减1操作，具体是这样的：
protected boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;)
{//死循环，如果CAS操作失败就会不断继续尝试。 int c = getState();//获取当前计数器的值。 if (c == 0)//
计数器为0时，就直接返回。 return false; int nextc = c-1; if (compareAndSetState(c,
nextc))// 使用CAS方法对计数器进行减1操作 return nextc == 0;//如果操作成功，返回计数器是否为0 } }
在await方法中，只调用了Sync实例的acquireSharedInterruptibly方法，具体是这样的：
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1); }
其中acquireSharedInterruptibly方法，判断计数器是否为0，如果不为0则阻塞当前线程，具体是这样的：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws
InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new
InterruptedException(); if (tryAcquireShared(arg) < 0)//判断计数器是否为0
doAcquireSharedInterruptibly(arg);//如果不为0则阻塞当前线程 }
其中tryAcquireShared
方法，是AbstractQueuedSynchronizer中的一个模板方法，其具体实现在Sync类中，其主要是判断计数器是否为零，如果为零则返回1，如果不为零则返回-1，具体是这样的：
protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 :
-1; }
面试官：嗯，很不错，马上给你发offer。

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