简介
一个同步辅助类，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。
CyclicBarrier 支持一个可选的 Runnable 命令，在一组线程中的最后一个线程到达之后（但在释放所有线程之前），该命令只在每个屏障点运行一次。若在继续所有参与线程之前更新共享状态，此屏障操作 很有用。
对于失败的同步尝试，CyclicBarrier 使用了一种要么全部要么全不 (all-or-none) 的破坏模式：如果因为中断、失败或者超时等原因，导致线程过早地离开了屏障点，那么在该屏障点等待的其他所有线程也将通过 BrokenBarrierException（如果它们几乎同时被中断，则用 InterruptedException）以反常的方式离开。
关键方法与参数
核心参数
/** 要屏障的线程数 */
private final int parties;
/* 当线程都到达barrier，运行的 barrierCommand*/
private final Runnable barrierCommand;
//-------------------------函数列表------------------------------
//构造函数，指定参与线程数
public CyclicBarrier(int parties)
//构造函数，指定参与线程数，并在所有线程到达barrier之后执行给定的barrierAction逻辑
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction);
//等待所有的参与者到达barrier
public int await();
//等待所有的参与者到达barrier，或等待给定的时间
public int await(long timeout, TimeUnit unit);
//获取参与等待到达barrier的线程数
public int getParties();
//查询barrier是否处于broken状态
public boolean isBroken();
//重置barrier为初始状态
public void reset();
//返回等待barrier的线程数量
public int getNumberWaiting();
-
Generation：每个使用中的barrier都表示为一个
generation实例。当barrier触发trip条件或重置时generation随之改变。使用barrier时有很多generation与线程关联，由于不确定性的方式，锁可能分配给等待的线程。但是在同一时间只有一个是活跃的generation(通过count变量确定)，并且其余的要么被销毁，要么被trip条件等待。如果有一个中断，但没有随后的重置，就不需要有活跃的generation。CyclicBarrier的可重用特性就是通过Generation来实现，每一次触发tripped都会new一个新的Generation。 -
barrierCommand：
CyclicBarrier的另一个特性是在所有参与线程到达barrier触发一个自定义函数，这个函数就是barrierCommand，在CyclicBarrier的构造函数中初始化。
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。
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
源码解析
在CyclicBarrier中，最重要的方法就是await()，在所有参与者都已经在此 barrier 上调用 await 方法之前，将一直等待。
await()
await内部调用dowait()
private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
//独占锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
//获取独占锁
lock.lock();
try {
//保存当前"Generation"
final Generation g = generation;
//当前generation“已损坏”，抛BrokenBarrierException
//抛该异常一般因为某个线程在等待某个处于“断开”状态的CyclicBarrier
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
//当前线程中断，通过breakBarrier终止CyclicBarrier
if (Thread.interrupted()) {
//线程被中断，终止Barrier，唤醒所有等待线程
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
//计数器自减
int index = --count;
//如果计数器 == 0
//表示所有线程都已经到位，触发动作（是否执行某项任务）
if (index == 0) { // tripped
boolean ranAction = false;
try {
//barrierCommand线程要执行的任务
final Runnable command = barrierCommand;
//执行的任务!=null，执行任务
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();
}
}
//循环一直执行，直到下面三个if一个条件满足才会退出循环
//自旋等待 所有parties到达 | generation被销毁 | 线程中断 | 超时
for (;;) {
try {
//如果不是超时等待，则调用await等待
if (!timed)
trip.await();
//调用awaitNanos等待
else if (nanos > 0L)
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
//
if (g == generation && ! g.broken) {
breakBarrier();
throw ie;
} else {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
//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CyclicBarrier
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，则通过breakBarrier()终止CyclicBarrier
if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
//释放独占锁
lock.unlock();
}
}
dowait()的处理逻辑
- 首先判断该barrier是否已经断开了，如果断开则抛出BrokenBarrierException异常
- 判断计数器index是否等于0，如果等于0，则表示所有的线程准备就绪，已经到达某个公共屏障点了，barrier可以进行后续工作了（是否执行某项任务（构造函数决定））；然后调用nextGeneration方法进行更新换代工作（其中会唤醒所有等待的线程）；
- 通过for循环（for(;;)）使线程一直处于等待状态。直到“有parties个线程到达barrier” 或 “当前线程被中断” 或 “超时”这3者之一发生。
说明：dowait()是await()的实现函数，它的作用就是让当前线程阻塞，直到“有parties个线程到达barrier” 或 “当前线程被中断” 或 “超时”这3者之一发生，当前线程才继续执行。当所有parties到达barrier（count=0），如果barrierCommand不为空，则执行barrierCommand。然后调用nextGeneration()进行换代操作。
在for(;;)自旋中。timed是用来表示当前是不是“超时等待”线程。如果不是，则通过trip.await()进行等待；否则，调用awaitNanos()进行超时等待。
在dowait中有Generation这样一个对象。该对象是CyclicBarrier的一个成员变量
Generation描述着CyclicBarrier的更新换代。
在CyclicBarrier中，同一批线程属于同一代。
当有parties个线程到达barrier，generation就会被更新换代。
其中broken标识该当前CyclicBarrier是否已经处于中断状态。
对于中断，CyclicBarrier是通过
breakBarrier()
实现的
在breakBarrier()中除了将broken设置为true，还会调用signalAll将在CyclicBarrier处于等待状态的线程全部唤醒。
在超时的判断中，CyclicBarrier根据timed的值来执行不同的wait。await、awaitNanos都是Condition中的方法。
当index = --count等于0时，标志"有parties个线程到达barrier"，临界条件到达，则执行相应的动作。执行完动作后，则调用nextGeneration更新换代
CountDownLatch和CyclicBarrier的区别与联系
- 作用
- CountDownLatch的作用是允许1或n个线程等待其他线程完成执行
- CyclicBarrier则是允许n个线程相互等待等满足一定条件之后才能继续执行后续操作
- 都使用计数器实现
- CountDownLatch的计数器无法被重置,只能使用一次
- CyclicBarrier的计数器可以被
reset重置后使用，因此被称为是循环的barrier
应用场景
多线程环境计算数据,最后合并计算结果
小结
CyclicBarrier主要通过独占锁ReentrantLock和Condition配合实现。类本身实现很简单，重点是分清CyclicBarrier和CountDownLatch的用法及区别，还有在jdk1.7新增的另外一个与它们相似的同步锁Phaser，在后面文章中会详细讲解。
网友评论