倒計時器CountDownLatch舉例分析

# 倒計時器CountDownLatch舉例分析

## 一、CountDownLatch概述

`CountDownLatch`是Java并發包(`java.util.concurrent`)中的一個同步工具類，它允許一個或多個線程等待其他線程完成操作后再繼續執行。其核心思想是通過一個計數器來實現線程間的協調，當計數器歸零時，等待的線程將被喚醒。

### 核心方法
- `CountDownLatch(int count)`：構造函數，初始化計數器
- `countDown()`：計數器減1
- `await()`：阻塞當前線程直到計數器歸零

## 二、典型應用場景

1. **主線程等待子線程初始化完成**
2. **并行任務同步**
3. **模擬高并發測試**
4. **服務啟動前的依賴檢查**

## 三、代碼示例分析

### 場景模擬：賽跑比賽
假設有5名運動員參賽，裁判需要等待所有運動員到達終點后才能宣布比賽結束。

```java
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class RaceExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final int RUNNER_COUNT = 5;
        CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);  // 發令槍
        CountDownLatch finishSignal = new CountDownLatch(RUNNER_COUNT);  // 終點線
        
        for (int i = 1; i <= RUNNER_COUNT; i++) {
            new Thread(new Runner(startSignal, finishSignal, "運動員"+i)).start();
        }
        
        System.out.println("裁判準備發令...");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);  // 模擬準備時間
        startSignal.countDown();     // 發令槍響
        System.out.println("比賽開始！");
        
        finishSignal.await();        // 等待所有運動員到達終點
        System.out.println("所有運動員到達終點，比賽結束！");
    }
}

class Runner implements Runnable {
    private final CountDownLatch startSignal;
    private final CountDownLatch finishSignal;
    private final String name;
    
    public Runner(CountDownLatch start, CountDownLatch finish, String name) {
        this.startSignal = start;
        this.finishSignal = finish;
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            startSignal.await();  // 等待發令槍
            
            System.out.println(name + "起跑...");
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep((long)(Math.random() * 3000));  // 模擬跑步時間
            System.out.println(name + "到達終點！");
            
            finishSignal.countDown();  // 到達終點計數器減1
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

執行結果示例：

裁判準備發令...
比賽開始！
運動員1起跑...
運動員3起跑...
運動員5起跑...
運動員2起跑...
運動員4起跑...
運動員3到達終點！
運動員1到達終點！
運動員5到達終點！
運動員2到達終點！
運動員4到達終點！
所有運動員到達終點，比賽結束！

四、實現原理

1. AQS基礎：基于AbstractQueuedSynchronizer實現
2. 共享鎖模式：所有等待線程共享同一個同步狀態
3. 不可重置：計數器歸零后無法重復使用（與CyclicBarrier的主要區別）

五、注意事項

1. 避免死鎖：確保countDown()一定會被執行
2. 性能考慮：計數器初始值不宜過大
3. 異常處理：中斷處理需要謹慎
4. 不可重用：需要重復使用時考慮CyclicBarrier

六、與相關類的對比

七、總結

CountDownLatch是解決多線程協同問題的有效工具，特別適用于”主從協作”模式。理解其原理和適用場景，可以幫助我們編寫更健壯的并發程序。在實際開發中，應根據具體需求選擇合適的同步工具。 “`