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同步屏障CyclicBarrier

敢敢雷
2020-02-03 / 0 评论 / 0 点赞 / 447 阅读 / 1,374 字
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CyclicBarrier它允许一组线程互相等待。继续演示英雄联盟开黑小Demo

Demo

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 发车线程
        Thread play =new Thread(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"发车发车");
        });

        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5,play);

        for (int i = 0; i < 5 ; i++) {
            new Thread(()->{
                // 憨憨上号中。。。
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在上号");
                try {
                    // 模拟憨憨上号时间
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 憨憨上号成功 count - 1
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"已上号,等待发车");
                try {
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            },"第"+(i+1)+"个人").start();
        }
    }
}

具体运行结果如下:
image.png

CyclicBarrier介绍

CyclicBarrier,一个同步辅助类,在API中是这么介绍的: 它允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中,这些线程必须不时地互相等待,此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用,所以称它为循环 的 barrier。 通俗点讲就是:让一组线程到达一个屏障时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续干活。

 Thread play =new Thread(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"发车发车");
        });

        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5,play);

如上述代码,这组线程有5个,被拦截的是play线程,只有当5个线程全部运行结束后,才能开始运行play线程。

CyclicBarrier原理解析

image.png

通过上图我们可以看到CyclicBarrier的内部是使用重入锁ReentrantLock和Condition。它有两个构造函数:

  • CyclicBarrier(int parties):创建一个新的 CyclicBarrier,它将在给定数量的参与者(线程)处于等待状态时启动,但它不会在启动 barrier 时执行预定义的操作。
  • CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) :创建一个新的 CyclicBarrier,它将在给定数量的参与者(线程)处于等待状态时启动,并在启动 barrier 时执行给定的屏障操作,该操作由最后一个进入 barrier 的线程执行。

parties表示拦截线程的数量。 barrierAction 为CyclicBarrier接收的Runnable命令,用于在线程到达屏障时,优先执行barrierAction ,用于处理更加复杂的业务场景。

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

    public CyclicBarrier(int parties) {
        this(parties, null);
    }

根据小Demo,我们只调用CyclicBarrier的await方法,可见await方法是最重要的。
先看下await方法的源码

CyclicBarrier.await()方法

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

所有参与者都已经在此 barrier 上调用 await 方法之前,将一直等待

CyclicBarrier.dowait()方法

 private int dowait(boolean timed, long nanos)
            throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
            TimeoutException {
        //获取锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            //分代
            final Generation g = generation;

            //当前generation“已损坏”,抛出BrokenBarrierException异常
            //抛出该异常一般都是某个线程在等待某个处于“断开”状态的CyclicBarrie
            if (g.broken)
                //当某个线程试图等待处于断开状态的 barrier 时,或者 barrier 进入断开状态而线程处于等待状态时,抛出该异常
                throw new BrokenBarrierException();

            //如果线程中断,终止CyclicBarrier
            if (Thread.interrupted()) {
                breakBarrier();
                throw new InterruptedException();
            }

            //进来一个线程 count - 1
            int index = --count;
            //count == 0 表示所有线程均已到位,触发Runnable任务
            if (index == 0) {  // tripped
                boolean ranAction = false;
                try {
                    final Runnable command = barrierCommand;
                    //触发任务
                    if (command != null)
                        command.run();
                    ranAction = true;
                    //唤醒所有等待线程,并更新generation
                    nextGeneration();
                    return 0;
                } finally {
                    if (!ranAction)
                        breakBarrier();
                }
            }


            for (;;) {
                try {
                    //如果不是超时等待,则调用Condition.await()方法等待
                    if (!timed)
                        trip.await();
                    else if (nanos > 0L)
                        //超时等待,调用Condition.awaitNanos()方法等待
                        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();
                    }
                }

                if (g.broken)
                    throw new BrokenBarrierException();

                //generation已经更新,返回index
                if (g != generation)
                    return index;

                //“超时等待”,并且时间已到,终止CyclicBarrier,并抛出异常
                if (timed && nanos <= 0L) {
                    breakBarrier();
                    throw new TimeoutException();
                }
            }
        } finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

await的作用很简单,就是该线程不是到达的最后一个线程,则他会一直处于等待状态,除非有其他情况

  1. 最后一个线程到达,即index == 0
  2. 超出了指定时间(超时等待)
  3. 其他的某个线程中断当前线程
  4. 其他的某个线程中断另一个等待的线程
  5. 其他的某个线程在等待barrier超时
  6. 其他的某个线程在此barrier调用reset()方法。reset()方法用于将屏障重置为初始状态。

CyclicBarrier和CountDownLatch区别

  1. CountDownLatch的作用是允许1或N个线程等待其他线程完成执行;而CyclicBarrier则是允许N个线程相互等待
  2. CountDownLatch的计数器无法被重置;CyclicBarrier的计数器可以被重置后使用,因此它被称为是循环的barrier
  3. CyclicBarrier还提供了其他有用的方法,比如getNumberWaiting可以获得CyclicBarrier阻塞的线程;isBroken方法可以用来了解阻塞的线程是否被中断
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