多线程协作利器：CountDownLatch 核心用法与场景解析

在日常开发中，我们经常会遇到需要协调多个线程任务的场景。比如，主线程需要等待所有子线程处理完毕后再进行汇总，或者多个线程需要等待某个初始化操作完成后才能开始工作。直接控制线程的等待与唤醒既复杂又容易出错。

今天，我们来介绍一个非常实用的并发工具------CountDownLatch，它可以优雅地解决上述问题。

一、CountDownLatch 是什么？

CountDownLatch 是 java.util.concurrent 包下的一个同步工具类。它允许一个或多个线程等待其他一组线程完成操作。

你可以把它理解为一个计数器 ，这个计数器的初始值在创建时被设定。线程通过调用 await() 方法进入等待状态，直到计数器的值被其他线程通过 countDown() 方法减到零，等待的线程才会被唤醒继续执行。

它的核心特点非常明确：

计数单向性：计数器只能减少，不能增加。
一次性 ：当计数器减到零后，再调用 await() 方法会立即返回，无法重置再次使用。

二、核心方法与工作机制

CountDownLatch 的 API 非常简单，主要依赖两个核心方法：

await()：使当前线程进入等待状态，直到计数器变为零。除非线程被中断。
countDown()：将计数器的值减 1。如果计数器达到零，将释放所有等待的线程。

工作机制简述：

初始化 CountDownLatch 对象，设定一个正整数作为计数器初始值（例如 N）。
主线程调用 await() 方法后会被阻塞。
每个子线程在执行完任务后，调用 countDown() 方法，使计数器减 1。
当所有 N 个子线程都执行完毕并调用了 countDown() 后，计数器归零，主线程被唤醒并继续执行。

三、主要应用场景

CountDownLatch 在实际项目中有着广泛的应用，以下是一些典型场景：

1. 主线程等待所有子任务完成

这是最经典的场景。将一个大型任务拆分为多个子任务并行处理，主线程需要等待所有子任务完成后，才能进行结果合并或后续操作。

scss 复制代码

// 模拟一个需要处理5个子任务的主线程
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    new Thread(() -> {
        try {
            // 模拟子任务执行
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 完成任务");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 任务完成，计数器减1
            latch.countDown();
        }
    }).start();
}

// 主线程等待所有子任务完成
latch.await();
System.out.println("所有子任务已完成，主线程开始汇总结果...");

2. 实现多个线程的并发启动

在某些性能测试或需要"同时发令"的场景下，可以使用 CountDownLatch 作为发令枪，让多个线程在同一时刻开始执行任务。

scss 复制代码

// 发令枪，初始为1，所有线程都在等待这一声枪响
CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    new Thread(() -> {
        try {
            // 所有线程都在此等待
            startSignal.await();
            // 收到信号，开始真正的工作
            doWork();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }).start();
}

// 主线程准备完毕后，鸣枪
Thread.sleep(1000); // 模拟准备时间
startSignal.countDown(); // 所有等待线程同时开始执行

3. 等待共享资源初始化

当多个线程依赖于一个共享资源，而这个资源初始化较慢时，可以让这些线程等待资源初始化完成后再开始工作。

scss 复制代码

// 资源初始化计数器，初始为1
CountDownLatch resourceLatch = new CountDownLatch(1);

// 模拟资源初始化线程
new Thread(() -> {
    initializeSharedResource(); // 耗时的初始化操作
    resourceLatch.countDown(); // 初始化完成，释放所有等待线程
}).start();

// 其他工作线程
new Thread(() -> {
    resourceLatch.await(); // 等待资源就绪
    useSharedResource(); // 使用已初始化的资源
}).start();

四、重要注意事项

计数器无法重置 ：CountDownLatch 是一次性的，计数器归零后就无法再次使用。如果需要循环使用的场景，请考虑使用 CyclicBarrier。
确保计数器被减少 ：务必在子线程中使用 try-finally 块调用 countDown()，以确保即使线程执行异常，计数器也能被减少，避免主线程无限期等待。
与 Spring 事务的陷阱 ：在 Spring 管理的多线程场景中需要特别注意。@Transactional 注解的事务控制是基于 ThreadLocal 的，它不会跨线程传播。这意味着：

- 主线程的事务和子线程的事务是完全独立的。
- 如果主线程先执行了数据库操作，然后子线程在执行中抛出异常，主线程的操作不会回滚，这会导致数据不一致。
- 解决方案通常是将子线程的业务也包装在独立的事务中，并通过更复杂的机制（如事务事件监听、分布式事务）来协调，而不能简单地依赖 CountDownLatch。

总结

CountDownLatch 是一个设计精巧、功能明确的线程同步工具。它通过一个简单的计数器模型，高效地解决了"一个线程等待多个线程"和"多个线程等待一个信号"的协作问题。理解其原理并正确使用它，能够让你的多线程程序更加健壮和高效。

希望这篇文章能帮助你更好地理解和使用 CountDownLatch。