CyclicBarrier(同步屏障)

CyclicBarrier(同步屏障)

应用场景:一个等多个，当一组线程到达一个屏障，调用awaite，告诉CyclicBarrier我已经到了，然后当前线程会被阻塞，当最后一个线程到达时就会开始执行。下面demo，模拟三个人到达5道门的情景，每次都必须所有人都到一道门才能去下一道门。

使用demo

package com.w.juc;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo implements Runnable{

    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep((long)Math.random()*10000);
            System.out.println(Thread.currentThread()+"我到了，我在等待其它人");
            cyclicBarrier.await();
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(new CyclicBarrierDemo(),"一号").start();
            new Thread(new CyclicBarrierDemo(),"二号").start();
            new Thread(new CyclicBarrierDemo(),"三号").start();
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("所有人都到了第"+i+"道门");
        }

        new Thread(new CyclicBarrierDemo(),"四号").start();
        new Thread(new CyclicBarrierDemo(),"五号").start();
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("缺一个人");
    }
}

除了隐式的重置计数器，还可以在出现问题后调用reset()方法重置。

结构

1. 构造参数

   public CyclicBarrier(int parties) {
       this(parties, null);
   }
   //当最后一个线程到达屏障，优先执行,barrierAction
   public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
           if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
           this.parties = parties;
           this.count = parties;
           this.barrierCommand = barrierAction;
   }
   

2. 成员变量

   //因为用到的是条件队列，所以需要lock
   private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
   //通过lock获取条件队列，除最后一个到达的线程，其余线程都会阻塞到这个队列   
   private final Condition trip = lock.newCondition();
   //需要等待的线程数量，通过构造参数初始化
   private final int parties;
   // 当所有线程到达时要执行的任务（构造时可选，即可为null）
   private final Runnable barrierCommand;
   //Generation 实例，在此处进行初始化,表示代的概念
   private Generation generation = new Generation();
   //当前代还有多少个线程未到位
   private int count;
   

方法

1. awaite() 必用方法,等待，直到所有各方都已调用此屏障。

   public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
       try {
           return dowait(false, 0L);
       } catch (TimeoutException toe) {
           throw new Error(toe); // cannot happen
       }
   }
   //主要方法
   //如果任何线程在等待时被中断，那么所有其他正在等待的线程将抛出BrokenBarrierException，并将barrier置于中断状态
   //其他线程调用该屏障上的重置,如果任何一方正在等待屏障，他们将返回一个BrokenBarrierException
   private int dowait(boolean timed, long nanos)
           throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
                  TimeoutException {
           final ReentrantLock lock = this.lock;
           lock.lock();//使用condition的线程必须获取到锁
           try {
               final Generation g = generation;
   
               if (g.broken)
                   throw new BrokenBarrierException();
   
               if (Thread.interrupted()) {
                   //线程被中断，唤醒trip条件队列中所有等待的线程，并将broken置为true，
                   //其它调用awaite的线程会抛出BrokenBarrierException()
                   breakBarrier();
                   throw new InterruptedException();
               }
   			
               int index = --count;
               if (index == 0) {  // tripped
                   //index为0，代表当前代最后一个线程已经到达
                   boolean ranAction = false;
                   try {
                       final Runnable command = barrierCommand;
                       if (command != null)//如果构造方法时指定了最后一个线程到达时要执行的任务，在这里调用
                           command.run();
                       ranAction = true;
                       //这里新new一个代，重置count，唤醒等待队列中的线程
                       nextGeneration();
                       return 0;//已经是最后一个线程了就直接返回0
                   } finally {
                       if (!ranAction)
                          	//打破当前一代，唤醒其它线程
                           breakBarrier();
                   }
               }
   
               // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
               //循环直到触发、中断、中断或超时，只有非最后一个线程会执行到这里
               for (;;) {
                   try {
                       //没有设置超时，直接就阻塞到等待队列
                       if (!timed)
                           trip.await();//调用awaite会释放锁
                       else if (nanos > 0L)
                           //阻塞到超时等待队列
                           nanos = trip.awaitNanos(nanos);
                   } catch (InterruptedException ie) {
                       if (g == generation && ! g.broken) {
                           breakBarrier();
                           throw ie;
                       } else {
                           // We're about to finish waiting even if we had not
                           // been interrupted, so this interrupt is deemed to
                           // "belong" to subsequent execution.
                           Thread.currentThread().interrupt();
                       }
                   }
   				//这下面的方法，都只有当前线程被唤醒后才会执行
                   
                   
                   //	如果任何线程在等待时被中断，那么所有其他正在等待的线程将抛出BrokenBarrierException，并将barrier置于中断状态
                   if (g.broken)
                       throw new BrokenBarrierException();
                   //一旦!=成立，代表最后一个线程到达，唤醒了其它所有线程。正常情况下
                	//有线程唤醒此线程，代表着肯定执行了nextGeneration()方法，也就新new了一代。
                   if (g != generation)
                       return index;
   
                   if (timed && nanos <= 0L) {
                       breakBarrier();
                       throw new TimeoutException();
                   }
               }
           } finally {
               lock.unlock();
           }
       }
   
   
    public void reset() {
           final ReentrantLock lock = this.lock;
           lock.lock();
           try {
               breakBarrier();   // break the current generation
               nextGeneration(); // start a new generation
           } finally {
               lock.unlock();
           }
       }
   

与countDownLatch比较

1. 相同点：

   都是控制线程协做的，一个构造函数传入预期值，当有多少个线程调用时，统计然后到达一个点，让所有线程正常执行。

2. 不同点：

   countDownLatch，只有一个构造函数。而且需要手动调用countDown去更改计数器值，直到减为0，依次让所有在同步队列的线程执行，并不是等待(条件)队列。

   CyclicBarrier则是自动的减，只需要线程调用awaite()。当一组线程的最后一个线程到达一个代时，唤醒阻塞在等待队列中的所有线程。而且计数器的值可以被重置使用，可以显示的调用reset或者当到达一代之后直接调用awaite进入新的一代。另外，是有提供两个构造方法，其中一个支持当最后一个线程到达屏障时要制作的任务。

   countDownLatch底层实现的是AQS，使用的是共享锁模式，操作的是AQS的state

   CyclicBarrier则是使用的是ReetrantLock的Condition，使用的是互斥锁模式。

标签：同步,Thread,lock,屏障,线程,new,CyclicBarrier,BrokenBarrierException
来源： https://blog.csdn.net/weixin_45862170/article/details/120596121