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Java并发编程中的CountDownLatch与CompletableFuture：同步与异步的完美搭档

news 2025/9/6 5:31:40

引言

在Java并发编程中，CountDownLatch和CompletableFuture是两个常用于多线程协作的重要工具。它们分别针对不同的场景提供了高效的解决方案：

CountDownLatch 是一个同步工具，用于等待一组线程完成特定操作后再继续执行。
CompletableFuture 是一个异步编程框架，支持异步任务的链式调用、结果处理和任务组合。

本文将深入解析这两个工具的核心功能、使用场景以及它们之间的区别，并通过代码示例帮助读者掌握实际应用技巧。

1. CountDownLatch：同步的基石

1.1 核心功能

CountDownLatch（倒计时门闩）通过一个计数器实现线程同步。

初始化：指定一个初始计数值（例如 new CountDownLatch(3)）。
countDown()：每调用一次，计数器减1。
await()：阻塞当前线程，直到计数器为0。

1.2 使用场景

等待多个线程完成任务：例如主线程需要等待多个子线程完成计算后再汇总结果。
资源初始化同步：确保所有资源加载完成后，再启动业务逻辑。

1.3 代码示例

import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CountDownLatchExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {int threadCount = 3;CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);for (int i = 0; i < threadCount; i++) {new Thread(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在执行任务");Thread.sleep(1000); // 模拟任务耗时} finally {latch.countDown(); // 计数器减1}}).start();}System.out.println("主线程等待所有子线程完成...");latch.await(); // 阻塞直到计数器为0System.out.println("所有子线程已完成，主线程继续执行");}
}

输出结果：

主线程等待所有子线程完成...
Thread-0 正在执行任务
Thread-1 正在执行任务
Thread-2 正在执行任务
所有子线程已完成，主线程继续执行

2. CompletableFuture：异步编程的瑞士军刀

2.1 核心功能

CompletableFuture 是 Java 8 引入的异步编程工具，支持以下特性：

异步任务执行：通过 runAsync 或 supplyAsync 启动异步任务。
链式调用：通过 thenApply、thenAccept 等方法处理结果或执行后续操作。
任务组合：通过 allOf、anyOf 等方法组合多个异步任务。

2.2 使用场景

异步任务链式处理：例如先下载文件，再解析内容，最后保存到数据库。
并行任务聚合：同时执行多个独立任务，并等待所有结果。
异常处理：通过 exceptionally 或 handle 方法捕获异步任务中的异常。

2.3 代码示例

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class CompletableFutureExample {public static void main(String[] args) {ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println("异步任务1执行");}, executor).thenRunAsync(() -> {System.out.println("异步任务2执行");}, executor);future.join(); // 等待所有异步任务完成executor.shutdown();}
}

输出结果：

异步任务1执行
异步任务2执行

3. CountDownLatch vs CompletableFuture

特性	CountDownLatch	CompletableFuture
功能	简单的同步工具	丰富的异步编程框架
使用难度	简单	复杂（需学习链式调用和组合方法）
适用场景	单纯等待多个线程完成	异步任务链式处理、结果组合、异常处理等
是否支持结果返回	否	是（通过 `supplyAsync` 和回调函数）
是否支持异常处理	否	是（通过 `exceptionally` 或 `handle`）

4. 实际应用建议

4.1 如何选择工具？

使用 CountDownLatch 的场景：
- 需要等待一组线程完成任务，但无需获取任务结果。
- 示例：等待多个线程初始化共享资源后，再启动主流程。
使用 CompletableFuture 的场景：
- 需要异步执行任务，并处理任务结果或组合多个任务。
- 示例：并行下载多个文件后合并内容，或执行一系列依赖的异步操作。

4.2 结合使用示例

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class HybridExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);CompletableFuture<Void> future1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println("异步任务1执行");latch.countDown();}, executor);CompletableFuture<Void> future2 = CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println("异步任务2执行");latch.countDown();}, executor);latch.await(); // 等待两个异步任务完成System.out.println("所有异步任务已完成");executor.shutdown();}
}

5. 总结

CountDownLatch 是同步工具的代表，适用于简单的线程等待场景。
CompletableFuture 是异步编程的利器，支持复杂的任务组合和结果处理。
在实际开发中，根据需求选择合适的工具：
- 简单同步 → CountDownLatch
- 异步任务链式处理 → CompletableFuture

通过合理使用这两个工具，可以显著提升多线程程序的性能和可维护性。无论是构建高并发的服务器，还是优化异步任务流程，它们都是不可或缺的“瑞士军刀”！