Java并发利器：CountDownLatch深度解析与实战应用

枢覆引 · 2025-6-17 10:25:37

多线程编程中，让主线程等待所有子任务完成是个常见需求。CountDownLatch就像一个倒计时器，当所有任务完成后，主线程才继续执行。本文将通过简单易懂的方式，带你掌握这个强大的并发工具。

一、CountDownLatch是什么？

1. 基本概念

CountDownLatch就是一个"倒计数门闩"：

倒计数：从指定数字开始递减到0
门闩：当计数为0时，门闩打开，等待的线程继续执行
一次性：用完即弃，不能重置

graph TD A[创建CountDownLatch 3] --> B[启动3个任务] B --> C[任务1完成 countDown] B --> D[任务2完成 countDown] B --> E[任务3完成 countDown] C --> F{计数器=0?} D --> F E --> F F -->|是| G[主线程继续执行] F -->|否| H[继续等待]2. 基本用法

public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建计数器，初始值为3
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 启动3个任务
for (int i = 0; i < 3; i++) {
final int taskId = i;
new Thread(() -> {
System.out.println("任务" + taskId + "开始执行");
try {
Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("任务" + taskId + "执行完成");
latch.countDown(); // 计数器减1
}).start();
}
System.out.println("主线程等待所有任务完成...");
latch.await(); // 等待计数器变为0
System.out.println("所有任务完成，主线程继续执行");
}
}

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运行结果：

主线程等待所有任务完成...
任务0开始执行
任务1开始执行
任务2开始执行
任务0执行完成
任务1执行完成
任务2执行完成
所有任务完成，主线程继续执行

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二、核心API介绍

CountDownLatch只有4个关键方法：

public class CountDownLatchAPI {
public void demonstrateAPI() throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 1. countDown() - 计数器减1
latch.countDown();
// 2. await() - 等待计数器变为0
latch.await();
// 3. await(时间, 单位) - 超时等待
boolean finished = latch.await(5, TimeUnit.SECONDS);
// 4. getCount() - 获取当前计数值
long count = latch.getCount();
System.out.println("剩余计数: " + count);
}
}

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三、经典应用场景

场景1：等待多个任务完成

最常用的场景，主线程等待所有子任务完成：

public class WaitMultipleTasksDemo {
// 模拟订单处理：需要等待库存检查、用户验证、支付验证都完成
public void processOrder(String orderId) throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 库存检查
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("开始库存检查...");
Thread.sleep(1000);
System.out.println("库存检查完成");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
// 用户验证
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("开始用户验证...");
Thread.sleep(1500);
System.out.println("用户验证完成");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
// 支付验证
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("开始支付验证...");
Thread.sleep(800);
System.out.println("支付验证完成");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
System.out.println("等待所有验证完成...");
latch.await();
System.out.println("订单处理完成: " + orderId);
}
}

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场景2：控制并发启动

让多个线程同时开始执行：

public class ConcurrentStartDemo {
// 模拟赛跑：所有选手同时起跑
public void startRace() throws InterruptedException {
int runnerCount = 5;
CountDownLatch startGun = new CountDownLatch(1); // 发令枪
CountDownLatch finish = new CountDownLatch(runnerCount); // 终点线
// 创建选手
for (int i = 0; i < runnerCount; i++) {
final int runnerId = i;
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("选手" + runnerId + "准备就绪");
startGun.await(); // 等待发令枪
// 开始跑步
System.out.println("选手" + runnerId + "开始跑步");
Thread.sleep(new Random().nextInt(3000)); // 模拟跑步时间
System.out.println("选手" + runnerId + "到达终点");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
finish.countDown();
}
}).start();
}
Thread.sleep(2000); // 等待选手准备
System.out.println("预备...开始！");
startGun.countDown(); // 发令
finish.await(); // 等待所有选手完成
System.out.println("比赛结束！");
}
}

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场景3：分段计算

将大任务拆分成小任务并行计算：

public class ParallelCalculationDemo {
// 并行计算数组的和
public long calculateSum(int[] array) throws InterruptedException {
int threadCount = 4;
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);
AtomicLong totalSum = new AtomicLong(0);
int chunkSize = array.length / threadCount;
for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
final int start = i * chunkSize;
final int end = (i == threadCount - 1) ? array.length : (i + 1) * chunkSize;
new Thread(() -> {
long partialSum = 0;
for (int j = start; j < end; j++) {
partialSum += array[j];
}
totalSum.addAndGet(partialSum);
System.out.println("线程计算范围[" + start + "," + end + ")，结果：" + partialSum);
latch.countDown();
}).start();
}
latch.await();
return totalSum.get();
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
int[] array = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
ParallelCalculationDemo demo = new ParallelCalculationDemo();
long result = demo.calculateSum(array);
System.out.println("总和：" + result);
}
}

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四、使用注意事项

1. 异常处理要点

核心原则：无论是否异常，都要调用countDown()

// ✅ 正确写法
new Thread(() -> {
try {
// 业务逻辑
doSomething();
} catch (Exception e) {
System.err.println("任务异常：" + e.getMessage());
} finally {
latch.countDown(); // 确保在finally中调用
}
}).start();
// ❌ 错误写法
new Thread(() -> {
try {
doSomething();
latch.countDown(); // 异常时不会执行，导致死锁
} catch (Exception e) {
System.err.println("任务异常：" + e.getMessage());
// 忘记调用countDown()
}
}).start();

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2. 避免无限等待

// 设置超时时间，避免无限等待
boolean finished = latch.await(10, TimeUnit.SECONDS);
if (finished) {
System.out.println("所有任务完成");
} else {
System.out.println("等待超时，可能有任务失败");
}

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3. 合理使用线程池

public void useWithThreadPool() throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int taskId = i;
executor.submit(() -> {
try {
System.out.println("执行任务" + taskId);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
latch.countDown();
}
});
}
latch.await();
executor.shutdown(); // 关闭线程池
System.out.println("所有任务完成");
}

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五、实际项目案例

案例：系统启动初始化

public class SystemInitializer {
public boolean initializeSystem() {
System.out.println("开始系统初始化...");
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(4);
AtomicBoolean success = new AtomicBoolean(true);
// 数据库初始化
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("初始化数据库连接...");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("数据库初始化完成");
} catch (InterruptedException e) {
success.set(false);
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
// Redis初始化
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("初始化Redis连接...");
Thread.sleep(1000);
System.out.println("Redis初始化完成");
} catch (InterruptedException e) {
success.set(false);
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
// 配置加载
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("加载系统配置...");
Thread.sleep(800);
System.out.println("配置加载完成");
} catch (InterruptedException e) {
success.set(false);
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
// 服务注册
new Thread(() -> {
try {
System.out.println("注册服务...");
Thread.sleep(1500);
System.out.println("服务注册完成");
} catch (InterruptedException e) {
success.set(false);
} finally {
latch.countDown();
}
}).start();
try {
boolean finished = latch.await(10, TimeUnit.SECONDS);
if (finished && success.get()) {
System.out.println("系统初始化成功！");
return true;
} else {
System.out.println("系统初始化失败！");
return false;
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("初始化被中断");
return false;
}
}
public static void main(String[] args) {
SystemInitializer initializer = new SystemInitializer();
initializer.initializeSystem();
}
}

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六、总结

CountDownLatch是Java并发编程中的实用工具，它的核心价值在于：

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