多线程进阶——JUC并发编程之CyclicBarrier源码一探究竟

1、学习切入点

百度翻译大概意思就是：

一种同步辅助程序，允许一组线程相互等待到达一个公共的屏障点。CyclicBarrier在涉及固定大小的线程方的程序中非常有用，这些线程方有时必须相互等待。这个屏障被称为循环屏障，因为它可以在等待的线程被释放后重新使用。

CyclicBarrier支持可选的Runnable命令，该命令在参与方中的最后一个线程到达后，但在释放任何线程之前，每个屏障点运行一次。此屏障操作有助于在任何参与方继续之前更新共享状态。

动图演示：

在上文中我们分析完了 CountDownLatch源码，可以理解为减法计数器，是基于AQS的共享模式使用，而CyclicBarrier相比于CountDownLatch 来说，要简单很多，它类似于加法计数器，在源码中使用 ReentrantLock 和 Condition 的组合来使用。

2、案例演示 CyclicBarrier 

//加法计数器 public class CyclicBarrierDemo { public static void main(String[] args) { /** * 集齐5名队员，开始游戏 */ // 开始战斗的线程 CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5,()->{ System.out.println("欢迎来到王者荣耀，敌军还有五秒到达战场！全军出击！"); }); for (int i = 1; i <=5 ; i++) { final int temp = i; // lambda能操作到 i 吗 new Thread(()->{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第"+temp+"个进入游戏！"); try { cyclicBarrier.await(); // 等待 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } } }

3、入手构造器

//构造器1 /** 创建一个新的CyclicBarrier，它将在给定数量的参与方（线程）等待时触发，并在触发屏障时执行给定的屏障操作，由最后一个进入屏障的线程执行 */ public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.parties = parties; this.count = parties; this.barrierCommand = barrierAction; } //构造器2 /** 创建一个新的CyclicBarrier，当给定数量的参与方（线程）在等待它时，它将跳闸，并且在屏障跳闸时不执行预定义的操作 */ public CyclicBarrier(int parties) { this(parties, null); }

其中构造器1为核心构造器，在这里你可以指定 parties 本局游戏的参与者的数量（要拦截的线程数）以及 barrierAction 本局游戏结束时要执行的任务。

3.1、入手成员变量

 /** 同步操作锁 */ private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** 线程拦截器 */ private final Condition trip = lock.newCondition(); /** 每次拦截的线程数 */ private final int parties; /* 换代前执行的任务 */ private final Runnable barrierCommand; /** 表示栅栏的当前代 类似代表本局游戏*/ private Generation generation = new Generation(); /** 计数器 */ private int count; /** 静态内部类Generation */ private static class Generation { boolean broken = false; } 

3.2、入手核心方法

下面分析这两个方法，分别为【非定时等待】和【定时等待】！

//非定时等待 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) { throw new Error(toe); // cannot happen } } //定时等待 public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { return dowait(true, unit.toNanos(timeout)); }

可以看到，最终两个方法都走【dowait】 方法，只不过参数不同。下面我们重点看看这个方法到底做了哪些事情。

//核心等待方法 private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock();//加锁操作 try { final Generation g = generation; //检查当前栅栏是否被打翻 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); //检查当前线程是否被中断 if (Thread.interrupted()) { breakBarrier(); throw new InterruptedException(); } //每次都将计数器的值-1 int index = --count; //计数器的值减为0，则需要唤醒所有线程并转换到下一代 if (index == 0) { // tripped boolean ranAction = false; try { //唤醒所有线程前先执行指定的任务 final Runnable command = barrierCommand; if (command != null) command.run(); ranAction = true; //唤醒所有线程并转换到下一代 nextGeneration(); return 0; } finally { //确保在任务未成功执行时能将所有线程唤醒 if (!ranAction) breakBarrier(); } } //如果计数器不为0 则执行此循环 // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out for (;;) { try { //根据传入的参数来觉得是定时等待还是非定时等待 if (!timed) trip.await(); else if (nanos > 0L) nanos = trip.awaitNanos(nanos); } catch (InterruptedException ie) { //若当前线程在等待期间被中断则打翻栅栏唤醒其它线程 if (g == generation && ! g.broken) { breakBarrier(); throw ie; } else { // 若在捕获中断异常前已经完成在栅栏上的等待，则直接调用中断操作 Thread.currentThread().interrupt(); } } //如果线程因为打翻栅栏操作而被唤醒则抛出异常 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); //如果线程因为换代操作而被唤醒则返回计数器的值 if (g != generation) return index; //如果线程因为时间到了而被唤醒则打翻栅栏并抛出异常 if (timed && nanos <= 0L) { breakBarrier(); throw new TimeoutException(); } } } finally { lock.unlock();//最终解锁 } } 

分两步分析，首先计数器的值减为0的情况，和计数器不为0的情况，首先第一种情况下：

第二种情况，计数器不为0，则进入自旋for（;;）:

最后，我们来看看怎么重置一个栅栏：

将屏障重置为初始状态。如果任何一方目前在隔离墙等候，他们将带着BrokenBarrierException返回。 请注意，由于其他原因发生中断后的重置可能很复杂；线程需要以其他方式重新同步，并选择一种方式执行重置。 最好是创建一个新的屏障供以后使用

 public void reset() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { breakBarrier(); // break the current generation nextGeneration(); // start a new generation } finally { lock.unlock(); } }

测试reset代码：

首先，打破栅栏，那意味着所有等待的线程（5个等待的线程）会唤醒，【await 】方法会通过抛出【BrokenBarrierException】异常返回。然后开启新一代，重置了 count 和 generation，相当于一切归0了。

4、CyclicBarrier 与 CountDownLatch 的区别

相同点：

1、都可以实现一组线程在到达某个条件之前进行等待

2、它们内部都有一个计数器，当计数器的值不断减为0的时候，所有阻塞的线程都会被唤醒！

不同点：

1、CyclicBarrier 的计数器是由它自己来控制，而CountDownLatch 的计数器则是由使用则来控制

2、在CyclicBarrier 中线程调用 await方法不仅会将自己阻塞，还会将计数器减1，而在CountDownLatch中线程调用 await方法只是将自己阻塞而不会减少计数器的值。

3、另外，CountDownLatch 只能拦截一轮，而CyclicBarrier 可以实现循环拦截。一般来说CyclicBarrier 可以实现 CountDownLatch的功能，而反之不能。