CyclicBarrier
CyclicBarrier是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称为循环 的 barrier。
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parties用来记录线程个数，这里表示多少线程调用await后，所有线程才会冲破屏障继续往下运行
- count一开始等于parties，每当有线程调用await方法就递减1，当count为0时就表示所有线程都到了屏障点
为何维护parties和count两个变量，只使用count不就可以了？
别忘了CycleBarier是可以被复用的，使用两个变量的原因是，parties始终用来记录总的线程个数，当count计数器值变为0后，会将parties的值赋给count，
从而进行复用。这两个变量是在构造CyclicBarrier对象时传递的
int 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。 int await(long timeout, TimeUnit unit) 在所有参与者都已经在此屏障上调用 await 方法之前将一直等待,或者超出了指定的等待时间。 int getNumberWaiting() 返回当前在屏障处等待的参与者数目。 int getParties() 返回要求启动此 barrier 的参与者数目。 boolean isBroken() 查询此屏障是否处于损坏状态。 void reset() 将屏障重置为其初始状态。
CyclicBarrier的UML类图如下：
构造函数
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barrierCommand是一个任务，任务的执行时机是当所有线程都到达屏障点后。使用lock首先保证了更新计数器count的原子性。另外使用lock的条件变量trip支持线程间使用await和signal操作进行同步。
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); // parties表示“必须同时到达barrier的线程个数”。 this.parties = parties; // count表示“处在等待状态的线程个数”。 this.count = parties; // barrierCommand表示“parties个线程到达barrier时，会执行的动作”。 this.barrierCommand = barrierAction; }
等待函数
CyclicBarrier.java中await()方法如下：
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) { throw new Error(toe); // cannot happen; } }
private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { final ReentrantLock lock = this.lock; // 获取“独占锁(lock)” lock.lock(); try { // 保存“当前的generation” final Generation g = generation; // 若“当前generation已损坏”，则抛出异常。 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); // 如果当前线程被中断，则通过breakBarrier()终止CyclicBarrier，唤醒CyclicBarrier中所有等待线程。 if (Thread.interrupted()) { breakBarrier(); throw new InterruptedException(); } // 将“count计数器”-1 int index = --count; // 如果index=0，则意味着“有parties个线程到达barrier” if (index == 0) { // tripped boolean ranAction = false; try { // 如果barrierCommand不为null，则执行该动作。 final Runnable command = barrierCommand; 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(); } } //index!=0, 当前线程一直阻塞，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。 for (;;) { try { // 如果不是“超时等待”，则调用awati()进行等待；否则，调用awaitNanos()进行等待。 if (!timed) trip.await(); else if (nanos > 0L) nanos = trip.awaitNanos(nanos); } catch (InterruptedException ie) { // 如果等待过程中，线程被中断，则执行下面的函数。 if (g == generation && ! g.broken) { breakBarrier(); throw ie; } else { Thread.currentThread().interrupt(); } } // 如果“当前generation已经损坏”，则抛出异常。 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); // 如果“generation已经换代”，则返回index。 if (g != generation) return index; // 如果是“超时等待”，并且时间已到，则通过breakBarrier()终止CyclicBarrier，唤醒CyclicBarrier中所有等待线程。 if (timed && nanos <= 0L) { breakBarrier(); throw new TimeoutException(); } } } finally { // 释放“独占锁(lock)” lock.unlock(); } }
说明：dowait()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。
(01) generation是CyclicBarrier的一个成员遍历，它的定义如下：
private Generation generation = new Generation(); private static class Generation { boolean broken = false; }
在CyclicBarrier中，同一批的线程属于同一代，即同一个Generation；CyclicBarrier中通过generation对象，记录属于哪一代。当有parties个线程到达barrier，generation就会被更新换代。
在变量generation内部有一个变量broken，其用来记录当前屏障是否被打破。注意，这里的broken并没有被声明为volatile的，因为是在锁内使用变量，所以不需要声明。
(02) 如果当前线程被中断，即Thread.interrupted()为true；则通过breakBarrier()终止CyclicBarrier。breakBarrier()的源码如下：
private void breakBarrier() { generation.broken = true; count = parties; trip.signalAll(); }
breakBarrier()会设置当前中断标记broken为true，意味着“将该Generation中断”；同时，设置count=parties，即重新初始化count；最后，通过signalAll()唤醒CyclicBarrier上所有的等待线程。
(03) 将“count计数器”-1，即--count；然后判断是不是“有parties个线程到达barrier”，即index是不是为0。
当index=0时，如果barrierCommand不为null，则执行该barrierCommand，barrierCommand就是我们创建CyclicBarrier时，传入的Runnable对象。然后，调用nextGeneration()进行换代工作，nextGeneration()的源码如下：
private void nextGeneration() { trip.signalAll(); count = parties; generation = new Generation(); }
首先，它会调用signalAll()唤醒CyclicBarrier上所有的等待线程；接着，重新初始化count；最后，更新generation的值。
(04) 在for(;;)循环中。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。
假设一个任务由阶段1、阶段2和阶段3组成，每个线程要串行地执行阶段1、阶段2和阶段3，当多个线程执行该任务时，必须要保证所有线程的阶段1全部完成后才能进入阶段2执行，当所有线程的阶段2全部完成后才能进入阶段3执行。
public class CycleBarrierTest2 {
// 创建一个CycleBarrier实例，添加一个所有子线程全部到达屏障后的执行的任务
private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, () -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 阶段任务全部线程执行结束....开启下一轮"));
public static void main(String[] args) {
// 创建一个线程数量固定为2的线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 将线程A 提交到线程池
executorService.submit(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute step1");
cyclicBarrier.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute step2");
cyclicBarrier.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute step3");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
});
// 将线程B 提交到线程池
executorService.submit(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute step1");
cyclicBarrier.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute step2");
cyclicBarrier.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " execute step3");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
});
// 关闭线程池
executorService.shutdown();
}
}
CycleBarrier是可以复用的，并且CycleBarrier特别适合分段任务有序执行的场景。
参考
http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3533995.html
浙公网安备 33010602011771号