CountDownLatch у Java з прикладами використання
У світі багатопоточності в Java синхронізація декількох потоків є загальною проблемою.
Клас CountDownLatch у Java є потужним засобом синхронізації, який допомагає ефективно впоратися з цією проблемою.
Він дозволяє одному або кільком потокам чекати, доки набір операцій, які виконуються в інших потоках, не завершиться.
Що таке CountDownLatch?
Уявіть, що ви організовуєте перегони. Ви хочете, щоб усі бігуни почали бігти одночасно. Для цього ви можете використовувати зворотний відлік. Коли зворотний відлік досягає нуля, гонка починається. CountDownLatch працює подібним чином. Він ініціалізується з рахунком, який представляє кількість операцій або потоків, які повинні завершитися перед тим, як продовжити.
Як працює CountDownLatch?
- Ініціалізація: CountDownLatch ініціалізується з рахунком. Цей рахунок представляє кількість разів, які метод
countDown()повинен бути викликаний перед тим, як засувка відкриється. - Зменшення рахунку: Кожен виклик методу
countDown()зменшує рахунок. Коли рахунок досягає нуля, всі очікуючі потоки звільняються. - Очікування: Метод
await()блокується, доки рахунок не досягне нуля.
Простий приклад
Розглянемо простий приклад, щоб побачити, як працює CountDownLatch:
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class CountDownLatchExample {
private static final int NUMBER_OF_TASKS = 3;
private static final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(NUMBER_OF_TASKS);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < NUMBER_OF_TASKS; i++) {
new Thread(new Task()).start();
}
try {
latch.await(); // Головний потік чекає, поки рахунок засувки не досягне нуля
System.out.println("Усі завдання завершені. Головний потік продовжує роботу.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
static class Task implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
// Імітація роботи за допомогою сну
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " завершено.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown(); // Зменшення рахунку засувки
}
}
}
}
У цьому прикладі:
- CountDownLatch ініціалізується з рахунком 3.
- Запускаються три потоки, кожен з яких представляє завдання.
- Кожне завдання імітує роботу, сплячи одну секунду, а потім викликає countDown(), щоб зменшити рахунок засувки.
- Головний потік чекає на latch.await(), доки всі завдання не завершаться, тобто доки рахунок не досягне нуля.
Розширений приклад з тайм-аутом
Іноді вам не потрібно чекати нескінченно. Ви можете використовувати метод await з тайм-аутом, щоб уникнути цього.
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CountDownLatchTimeoutExample {
private static final int NUMBER_OF_TASKS = 3;
private static final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(NUMBER_OF_TASKS);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < NUMBER_OF_TASKS; i++) {
new Thread(new Task()).start();
}
try {
boolean completed = latch.await(5, TimeUnit.SECONDS); // Головний потік чекає з тайм-аутом
if (completed) {
System.out.println("Усі завдання завершені. Головний потік продовжує роботу.");
} else {
System.out.println("Час очікування вичерпано до завершення всіх завдань.");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
static class Task implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
// Імітація роботи за допомогою сну
Thread.sleep(2000); // Довший сон, щоб потенційно викликати тайм-аут
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " завершено.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
latch.countDown(); // Зменшення рахунку засувки
}
}
}
}
У цьому прикладі:
- Метод await використовується з тайм-аутом 5 секунд.
- Кожне завдання імітує довшу роботу, сплячи 2 секунди.
- Якщо всі завдання завершуються в межах тайм-ауту, головний потік продовжує роботу нормально. Інакше він виводить повідомлення про тайм-аут.
Реальні випадки використання CountDownLatch
- Одночасний запуск декількох потоків: Іноді потрібно забезпечити, щоб набір потоків почав обробку одночасно.
Використовуючи CountDownLatch, ініціалізований значенням 1, ви можете змусити всі потоки чекати, поки засувка не буде зменшена один раз, забезпечуючи синхронізований старт.
import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class ConcurrentStartExample { private static final int NUMBER_OF_THREADS = 5; private static final CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < NUMBER_OF_THREADS; i++) { new Thread(new Worker()).start(); } try { System.out.println("Готові... Увага..."); Thread.sleep(1000); // Імітація підготовчої роботи startLatch.countDown(); // Сигнал всім потокам почати System.out.println("Марш!"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } static class Worker implements Runnable { @Override public void run() { try { startLatch.await(); // Чекати сигналу для початку роботи System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " працює."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } - Очікування завершення декількох потоків: Ви можете використовувати CountDownLatch, щоб чекати завершення набору потоків перед продовженням роботи. Це корисно для агрегування результатів від декількох потоків.
import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class WaitForCompletionExample { private static final int NUMBER_OF_TASKS = 3; private static final CountDownLatch completionLatch = new CountDownLatch(NUMBER_OF_TASKS); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < NUMBER_OF_TASKS; i++) { new Thread(new SubTask()).start(); } try { completionLatch.await(); // Головний потік чекає завершення всіх завдань System.out.println("Усі підзадачі завершені. Агрегація результатів."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } static class SubTask implements Runnable { @Override public void run() { try { // Імітація роботи за допомогою сну Thread.sleep(1000); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " підзадача завершена."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { completionLatch.countDown(); // Зменшення рахунку засувки } } } }
Висновок
Клас CountDownLatch у Java забезпечує надійний механізм для синхронізації декількох потоків, забезпечуючи завершення завдань у координованому режимі.
Незалежно від того, чи управляєте ви запуском декількох потоків, очікуєте на їх завершення або розділяєте завдання на під