Java并发工具类--CyclicBarrier详解

CyclicBarrier允许一组线程在到达某个栅栏点(common barrier point)互相等待，直到最后一个线程到达栅栏点，栅栏才会打开，处于阻塞状态的线程恢复继续执行。

举例

举个例子来说明CyclicBarrier的使用：

比如吃鸡游戏4排，需要等4个队友均点击准备才可以开启比赛。

public class CyclicBarrierTest {static class Player implements Runnable{private String id;private CyclicBarrier cyclicBarrier;public Player() {}public Player(String id, CyclicBarrier cyclicBarrier) {this.id = id;this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;}@Overridepublic void run() {try{System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":##" + id + "##开始赛前准备");Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":##" + id + "##准备完毕");cyclicBarrier.await();System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":##" + id + "##进入刺激战场");Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":##" + id + "##成盒");}catch (Exception e){e.printStackTrace();}}}public static void main(String[] args) {ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();String[] ids = new String[]{"吃鸡帅萌新", "草丛伏地魔", "P城钢枪王", "AWM无敌狙神"};CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4);for(int i=0; i<4; i++){service.execute(new Player(ids[i], barrier));}service.shutdown();}
}

点击运行:

1595389608469:##吃鸡帅萌新##开始赛前准备
1595389608469:##草丛伏地魔##开始赛前准备
1595389608470:##P城钢枪王##开始赛前准备
1595389608470:##AWM无敌狙神##开始赛前准备
1595389609325:##草丛伏地魔##准备完毕
1595389609438:##P城钢枪王##准备完毕
1595389615813:##AWM无敌狙神##准备完毕
1595389618075:##吃鸡帅萌新##准备完毕
1595389618075:##吃鸡帅萌新##进入刺激战场
1595389618075:##草丛伏地魔##进入刺激战场
1595389618075:##AWM无敌狙神##进入刺激战场
1595389618075:##P城钢枪王##进入刺激战场
1595389619555:##吃鸡帅萌新##成盒
1595389624833:##草丛伏地魔##成盒
1595389625086:##P城钢枪王##成盒
1595389626059:##AWM无敌狙神##成盒

可以看到，当最后1个人准备好之后，4个人同时进入到刺激战场，相当于同时"冲破栅栏"。

源码剖析

首先看一下构造函数：

public CyclicBarrier(int parties) {this(parties, null);
}public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();this.parties = parties;this.count = parties;this.barrierCommand = barrierAction;
}

parties表示需要拦截的线程数，barrierAction主要是为了处理更加复杂的场景，当线程到达栅栏的时候，优先执行barrierAction。

接着看一下await方法:

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {try {return dowait(false, 0L);} catch (TimeoutException toe) {throw new Error(toe); // cannot happen}
}

继续跟dowait方法:

private int dowait(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException, BrokenBarrierException,TimeoutException {final ReentrantLock lock = this.lock;// 当前线程获取独占锁lock.lock();try {final Generation g = generation;// 若栅栏已被打破，抛出BrokenBarrierException异常if (g.broken)throw new BrokenBarrierException();// 只要有1个线程被中断，则打破栅栏if (Thread.interrupted()) {breakBarrier();throw new InterruptedException();}// 对count执行减1操作// 最后一个到达栅栏的线程，才会执行下述代码int index = --count;if (index == 0) {  // trippedboolean ranAction = false;try {final Runnable command = barrierCommand;// 若barrierAction不为null，则优先执行barrierActionif (command != null)command.run();ranAction = true;// 创建下一代栅栏nextGeneration();return 0;} finally {if (!ranAction)breakBarrier();}}// 只要不是最后一个线程，就执行自旋，直到栅栏被触发、线程被中断、等待超时for (;;) {try {// 无超时设置if (!timed)// 当前线程被添加到Condition的条件队列中，阻塞挂起trip.await();// 有超时设置else if (nanos > 0L)// 当前线程被添加到Condition的条件队列中，阻塞挂起nanos纳秒nanos = trip.awaitNanos(nanos);} catch (InterruptedException ie) {if (g == generation && ! g.broken) {breakBarrier();throw ie;} else {Thread.currentThread().interrupt();}}if (g.broken)throw new BrokenBarrierException();if (g != generation)return index;if (timed && nanos <= 0L) {breakBarrier();throw new TimeoutException();}}} finally {lock.unlock();}
}

上述代码还是比较容易理解的，线程依次获取到独占锁，并对count执行减1操作，只要count未变为0，执行trip.await()后，则当前线程会被添加到Condition的条件队列中，阻塞挂起，等待唤醒、中断或超时等待等动作的发生。

public final void await() throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();// 当前线程被添加到Condition的条件等待队列中Node node = addConditionWaiter();// 释放锁long savedState = fullyRelease(node);int interruptMode = 0;while (!isOnSyncQueue(node)) {// 当前线程被阻塞挂起LockSupport.park(this);if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)break;}if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)interruptMode = REINTERRUPT;if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelledunlinkCancelledWaiters();if (interruptMode != 0)reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}

当最后一个线程获取锁到达栅栏时，count执行减1操作后正好为0，紧接着会执行nextGeneration操作:

private void nextGeneration() {trip.signalAll();count = parties;generation = new Generation();
}

nextGeneration会执行trip.signalAll()将阻塞在trip上的线程依次唤醒，在trip(Condition)的await方法的阻塞处继续往下执行。很明显，会接着执行acquireQueued(node, savedState)方法，各个阻塞线程依次被添加到AQS的同步队列中去，参与获取独占锁的操作。

最后一个线程将其他阻塞线程唤醒后，紧接着会重置count和generation字段，从而实现栅栏的循环利用。

signalAll是Condition的接口方法，但其实现是在AQS中定义的，不清楚的可以去看一下我之前写的AQS源码详解系列，此处不再赘述。

总结

显然，CyclicBarrier是基于ReentrantLock和Condition来实现的，基本原理就是创建1个Condition，然后各个线程依次获取lock，执行Condition的await方法阻塞挂起。当最后一个线程(第parties个)到达栅栏时，会调用nextGeneration方法，唤醒Condition等待队列上的各个阻塞线程，并重置栅栏。唤醒后的线程将依次尝试获取锁执行后续代码。

Java并发工具类--CyclicBarrier详解相关推荐

Java并发编程之CyclicBarrier详解
简介栅栏类似于闭锁,它能阻塞一组线程直到某个事件的发生.栅栏与闭锁的关键区别在于,所有的线程必须同时到达栅栏位置,才能继续执行.闭锁用于等待事件,而栅栏用于等待其他线程. CyclicBarrier ...
并发工具类使用详解及区别（CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger）
本文转载自:码农历险记 CountDownLatch CountDownLatch介绍 CountDownLatch是一个同步工具类,它允许一个或多个线程一直等待,直到其他线程执行完后再执行.例如,应 ...
Java并发工具CountDownLatch使用详解
本文目录 1.使用场景 2.使用介绍 3.使用案例 4. Thread.join()和CountDownLatch的区别 1.使用场景通过使用 CountDownLatch可以使当前线程阻塞,等待其 ...
Java并发编程最佳实例详解系列
Java并发编程最佳实例详解系列: Java并发编程(一)线程定义.状态和属性 Java并发编程(一)线程定义.状态和属性线程是指程序在执行过程中,能够执行程序代码的一个执行单元.在java语言中, ...
Java并发工具类（闭锁CountDownLatch）
并发工具类系列: Java并发工具类(闭锁CountDownLatch) Java并发工具类(栅栏CyclicBarrier) Java并发工具类(信号量Semaphore) 闭锁是一种同步工具类,可 ...
彻底理解Java并发：Java并发工具类
本篇内容包括:Java 并发工具类的介绍.使用方式与 Demo,包括了 CountDownLatch(线程计数器).CyclicBarrier(回环栅栏).Semaphore(信号量) 以及 Exch ...
Java并发工具类（三）Exchanger
Java并发工具类(三)Exchanger 在J.U.C并发包中提供了一些工具类,可以供我们在日常的开发中,根据不同的情况去进行一些相关的并发控制,具体的类有: CountDownLatch Sema ...
Java并发工具类-循环屏障CyclicBarrier
CyclicBarrier简介 CyclicBarrier API 构造方法 await方法 reset方法使用样例 CyclicBarrier源码详解 CyclicBarrier中属性构造方法及 ...
Java并发工具类：CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier、Exchanger、Phaser
本文目录: 1.CountDownLatch(闭锁) 1.CountDownLatch 例子 2.CyclicBarrier(循环栅栏) 1.CyclicBarrier 例子 2.CountDownL ...

Java并发工具类--CyclicBarrier详解

举例

源码剖析

总结

Java并发工具类--CyclicBarrier详解相关推荐

最新文章

热门文章