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在Java并发编程领域，`CountDownLatch` 是一个非常有用的同步工具类，它位于 `java.util.concurrent` 包下。作为高级程序员，理解并熟练使用 `CountDownLatch` 对于编写高效、可维护的并发程序至关重要。`CountDownLatch` 允许一个或多个线程等待其他线程完成一系列操作后再继续执行。简而言之，它是一个倒计时锁存器，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
### 基本原理
`CountDownLatch` 初始化时需要一个计数器（count），该计数器表示需要等待的事件数量。每次调用 `countDown()` 方法时，计数器会减一。当计数器到达零时，所有等待（通过 `await()` 方法）的线程都会被释放，继续执行。
### 应用场景
`CountDownLatch` 非常适用于以下场景：
1. **并行计算**：当需要将一个大任务分割成多个小任务并行处理，并等待所有小任务完成后再继续执行后续操作时。
2. **资源初始化**：在多个线程需要访问某些资源之前，这些资源需要被初始化完成。
3. **性能测试**：在测试多个并发执行的操作时，等待所有操作都启动后再进行统计或验证。
### 示例代码
假设我们有一个场景，需要同时启动多个线程去加载资源，待所有资源加载完毕后，再进行下一步处理。这里我们使用 `CountDownLatch` 来实现：
```java
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class CountDownLatchExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 假设有5个资源需要加载
int numberOfResources = 5;
// 初始化CountDownLatch，计数器为5
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(numberOfResources);
// 创建线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(numberOfResources);
// 提交5个任务去加载资源
for (int i = 0; i < numberOfResources; i++) {
final int resourceId = i;
executor.submit(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在加载资源 " + resourceId);
// 模拟资源加载耗时
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
// 资源加载完成，计数器减一
latch.countDown();
});
}
// 等待所有资源加载完成
latch.await();
System.out.println("所有资源加载完成，继续后续操作...");
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}
}
```
在这个示例中，我们创建了一个 `CountDownLatch` 实例，其计数器初始化为5，表示有5个资源需要加载。我们提交了5个任务到线程池中，每个任务加载一个资源，并在加载完成后调用 `countDown()` 方法。主线程通过调用 `await()` 方法等待，直到所有资源都被加载完成（即计数器减至0）。此时，主线程继续执行后续操作。
### 注意事项
- **避免死锁**：确保在调用 `await()` 方法的线程中，不会持有其他锁，因为 `await()` 会导致线程阻塞，可能导致死锁。
- **异常处理**：`await()` 方法会抛出 `InterruptedException`，需要妥善处理。通常的做法是重新设置中断状态，并可能根据需求中断当前操作或退出循环。
- **性能考虑**：在大量线程并发使用时，`CountDownLatch` 的性能可能受到影响。考虑使用其他并发工具，如 `CyclicBarrier` 或 `Semaphore`，根据具体场景选择最合适的工具。
通过理解并熟练使用 `CountDownLatch`，你可以编写出更加高效、灵活的并发程序，从而在码小课等平台上分享你的编程经验和知识。