Java高并发编程基础三大利器之CyclicBarrier

 

引言

前面一篇文章我们《Java高并发编程基础三大利器之CountDownLatch》它有一个缺点，高并就是发编它的计数器只能够使用一次，也就是程基础说当计数器(state)减到为 0的时候，如果 再有线程调用去 await() 方法，利器该线程会直接通过，高并不会再起到等待其他线程执行结果起到同步的发编作用。为了解决这个问题CyclicBarrier就应运而生了。程基础

什么是利器CyclicBarrier

CyclicBarrier是什么?把它拆开来翻译就是循环(Cycle)和屏障(Barrier)

它的主要作用其实和CountDownLanch差不多，都是高并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，发编屏障会被打开，程基础所有被屏障阻塞的利器线程才会继续执行，不过它是高并可以循环执行的，这是发编它与CountDownLanch最大的不同。CountDownLanch是程基础只有当最后一个线程把计数器置为0的时候，其他阻塞的线程才会继续执行。香港云服务器学习CyclicBarrier之前建议先去看看这几篇文章：

《Java高并发编程基础之AQS》

《Java高并发编程基础三大利器之Semaphore》

《Java高并发编程基础三大利器之CountDownLatch》

如何使用

我们首先先来看下关于使用CyclicBarrier的一个demo：比如游戏中有个关卡的时候，每次进入下一关的时候都需要进行加载一些地图、特效背景音乐什么的只有全部加载完了才能够进行游戏:

/**demo 来源https://blog.csdn.net/lstcui/article/details/107389371  * 公众号【java金融】  */ public class CyclicBarrierExample {      static class PreTaskThread implements Runnable {          private String task;         private CyclicBarrier cyclicBarrier;         public PreTaskThread(String task, CyclicBarrier cyclicBarrier) {              this.task = task;             this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;         }         @Override         public void run() {              for (int i = 0; i < 4; i++) {                  Random random = new Random();                 try {                      Thread.sleep(random.nextInt(1000));                     System.out.println(String.format("关卡 %d 的任务 %s 完成", i, task));                     cyclicBarrier.await();                 } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {                      e.printStackTrace();                 }             }         }         public static void main(String[] args) {              CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, () -> {                  System.out.println("本关卡所有的前置任务完成，开始游戏... ...");             });             new Thread(new PreTaskThread("加载地图数据", cyclicBarrier)).start();             new Thread(new PreTaskThread("加载人物模型", cyclicBarrier)).start();             new Thread(new PreTaskThread("加载背景音乐", cyclicBarrier)).start();         }     } } 

输出结果如下：

我们可以看到每次游戏开始都会等当前关卡把游戏的人物模型，地图数据、背景音乐加载完成后才会开始进行游戏。并且还是可以循环控制的。

源码分析

结构组成

/** The lock for guarding barrier entry */ private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** Condition to wait on until tripped */ private final Condition trip = lock.newCondition(); /** The number of parties */ private final int parties; /* The command to run when tripped */ private final Runnable barrierCommand; /** The current generation */ private Generation generation = new Generation();  lock:用于保护屏障入口的锁 trip :达到屏障并且不能放行的线程在trip条件变量上等待 parties :栅栏开启需要的到达线程总数 barrierCommand：最后一个线程到达屏障后执行的回调任务 generation：这是一个内部类，通过它实现CyclicBarrier重复利用，每当await达到最大次数的时候，就会重新new 一个，表示进入了下一个轮回。里面只有一个boolean型属性，用来表示当前轮回是否有线程中断。

主要方法

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {      try {          return dowait(false, 0L);     } catch (TimeoutException toe) {          throw new Error(toe); // cannot happen     } }  * Main barrier code, covering the various policies.  */ private int dowait(boolean timed, long nanos)     throws InterruptedException, BrokenBarrierException,            TimeoutException {      final ReentrantLock lock = this.lock;     lock.lock();      try {             //获取barrier当前的 “代”也就是当前循环          final Generation g = generation;         if (g.broken)             throw new BrokenBarrierException();         if (Thread.interrupted()) {              breakBarrier();             throw new InterruptedException();         }         // 每来一个线程调用await方法都会进行减1         int index = --count;         if (index == 0) {   // tripped             boolean ranAction = false;             try {                  final Runnable command = barrierCommand;                 // new CyclicBarrier 传入 的服务器托管barrierCommand, command.run()这个方法是同步的，如果耗时比较多的话,是否执行的时候需要考虑下是否异步来执行。                 if (command != null)                     command.run();                 ranAction = true;                 // 这个方法1. 唤醒所有阻塞的线程，2. 重置下count（count 每来一个线程都会进行减1）和generation，以便于下次循环。                 nextGeneration();                 return 0;             } finally {                  if (!ranAction)                     breakBarrier();             }         }         // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out         for (;;) {              try {                   // 进入if条件，说明是不带超时的await                 if (!timed)                      // 当前线程会释放掉lock，然后进入到trip条件队列的尾部，然后挂起自己，等待被唤醒。                     trip.await();                 else if (nanos > 0L)                      //说明当前线程调用await方法时 是指定了 超时时间的！                     nanos = trip.awaitNanos(nanos);             } catch (InterruptedException ie) {                   //Node节点在 条件队列内 时 收到中断信号时 会抛出中断异常！                 //g == generation 成立，说明当前代并没有变化。                 //! g.broken 当前代如果没有被打破，那么当前线程就去打破，并且抛出异常..                 if (g == generation && ! g.broken) {                      breakBarrier();                     throw ie;                 } else {                      // Were about to finish waiting even if we had not                     // been interrupted, so this interrupt is deemed to                     // "belong" to subsequent execution.                 //执行到else有几种情况？                 //1.代发生了变化，这个时候就不需要抛出中断异常了，因为 代已经更新了，这里唤醒后就走正常逻辑了..只不过设置下 中断标记。                 //2.代没有发生变化，亿华云计算但是代被打破了，此时也不用返回中断异常，执行到下面的时候会抛出  brokenBarrier异常。也记录下中断标记位。                     Thread.currentThread().interrupt();                 }             }            //唤醒后，执行到这里，有几种情况？           //1.正常情况，当前barrier开启了新的一代（trip.signalAll()）           //2.当前Generation被打破，此时也会唤醒所有在trip上挂起的线程           //3.当前线程trip中等待超时，然后主动转移到 阻塞队列 然后获取到锁 唤醒。             if (g.broken)                 throw new BrokenBarrierException();            //唤醒后，执行到这里，有几种情况？         //1.正常情况，当前barrier开启了新的一代（trip.signalAll()）         //2.当前线程trip中等待超时，然后主动转移到 阻塞队列 然后获取到锁 唤醒。             if (g != generation)                 return index;            //唤醒后，执行到这里，有几种情况？         //.当前线程trip中等待超时，然后主动转移到 阻塞队列 然后获取到锁 唤醒。             if (timed && nanos <= 0L) {                  breakBarrier();                 throw new TimeoutException();             }         }     } finally {           lock.unlock();     } } 

小结

到了这里我们是不是可以知道为啥CyclicBarrier可以进行循环计数?

CyclicBarrier采用一个内部类Generation来维护当前循环，每一个await方法都会存储当前的generation，获取到相同generation对象的属于同一组，每当count的次数耗尽就会重新new一个Generation并且重新设置count的值为parties，表示进入下一次新的循环。

从这个await方法我们是不是可以知道只要有一个线程被中断了，当代的 generation的broken 就会被设置为true，所以会导致其他的线程也会被抛出BrokenBarrierException。相当于一个失败其他也必须失败，感觉有“强一致性“的味道。

总结

CountDownLanch是为计数器是设置一个值，当多次执行countdown后，计数器减为0的时候所有线程被唤醒，然后CountDownLanch失效，只能够使用一次。 CyclicBarrier是当count为0时同样唤醒全部线程，同时会重新设置count为parties，重新new一个generation来实现重复利用。

本文转载自微信公众号「java金融」，可以通过以下二维码关注。转载本文请联系java金融公众号。