并发栅栏CyclicBarrier---简单问

并发栅栏CyclicBarrier---简单问

 

背景:前几天在网上看到关于Java并发包java.concurrent中一个连环炮的面试题,整理下以备不时之需。

CyclicBarrier简介:

栅栏类似于闭锁,它能够阻塞一组线程直到某个事件发生;它与闭锁(CountDownLatch)的区分关键在于,闭锁是所有线程等待一个外部事件的发生;而栅栏则是所有线程相互等待,直到所有线程都到达某一点时才打开栅栏,然后线程可以继续执行。

问题:

如果想实现所有的线程一起等待某个事件的发生,当某个事件发生时,所有线程一起开始往下执行的话,有什么好的办法吗?

回答:

可以使用栅栏,Java并发包中的CyclicBarrier。

又问:

你知道CyclicBarrier的实现原理吗?

回答:

CyclicBarrier.await方法调用CyclicBarrier.dowait方法,每次调用await方法都会使计数器-1,当减少到0时就会唤醒所有的线程。(计数器count就是线程总数,CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(100);)最核心的部分就是 int index = --count; 和 nextGeneration();方法。

1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
2 try {
3 return dowait(false, 0L);
4 } catch (TimeoutException toe) {
5 throw new Error(toe); // cannot happen
6 }
7 }
1 public int await(long timeout, TimeUnit unit)
2 throws InterruptedException,
3 BrokenBarrierException,
4 TimeoutException {
5 return dowait(true, unit.toNanos(timeout));
6 }
 1 private int dowait(boolean timed, long nanos)
 2 throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
 3 TimeoutException {
 4 final ReentrantLock lock = this.lock;
 5 lock.lock();
 6 try {
 7 final Generation g = generation;
 8 
 9 if (g.broken)
10 throw new BrokenBarrierException();
11 
12 if (Thread.interrupted()) {
13 breakBarrier();
14 throw new InterruptedException();
15 }
16 
17 int index = --count; // 最核心的部分就是此处1
18 if (index == 0) { // tripped
19 boolean ranAction = false;
20 try {
21 final Runnable command = barrierCommand;
22 if (command != null)
23 command.run();
24 ranAction = true;
25 nextGeneration(); // 最核心的部分就是此处2
26 return 0;
27 } finally {
28 if (!ranAction)
29 breakBarrier();
30 }
31 }
32 
33 // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
34 for (;;) {
35 try {
36 if (!timed)
37 trip.await();
38 else if (nanos > 0L)
39 nanos = trip.awaitNanos(nanos);
40 } catch (InterruptedException ie) {
41 if (g == generation && ! g.broken) {
42 breakBarrier();
43 throw ie;
44 } else {
45 // We're about to finish waiting even if we had not
46 // been interrupted, so this interrupt is deemed to
47 // "belong" to subsequent execution.
48 Thread.currentThread().interrupt();
49 }
50 }
51 
52 if (g.broken)
53 throw new BrokenBarrierException();
54 
55 if (g != generation)
56 return index;
57 
58 if (timed && nanos <= 0L) {
59 breakBarrier();
60 throw new TimeoutException();
61 }
62 }
63 } finally {
64 lock.unlock();
65 }
66 }
1 private void nextGeneration() {
2 // signal completion of last generation
3 trip.signalAll();
4 // set up next generation
5 count = parties;
6 generation = new Generation();
7 }

又问:

除此之外,您还知道其它的实现方式吗?

回答:

方案1:读写锁,刚开始主线程获取写锁,然后所有子线程获取读锁,然后等事件发生时主线程释放写锁;

方案2:CountDownLatch闭锁,CountDownLatch初始值设为1,所有子线程调用await方法等待,等事件发生时调用countDown方法计数减为0;

方案3:Semaphore,Semaphore初始值设为N,刚开始主线程先调用acquire(N)申请N个信号量,其他线程调用acquire()阻塞等待,等事件发生时同时主线程释放N个信号量。

CountDownLatch闭锁实现模拟如下:

 1 import java.util.concurrent.CountDownLatch;
 2 
 3 public class CountDownLatchDemo {
 4 
 5 /** 
 6 * 模拟老爸去饭店 
 7 */ 
 8 public static void fatherToRes() 
 9 { 
10 System.out.println("老爸步行去饭店需要3小时。"); 
11 } 
12 
13 /** 
14 * 模拟老妈去饭店 
15 */ 
16 public static void motherToRes() 
17 { 
18 System.out.println("老妈挤公交去饭店需要2小时。"); 
19 } 
20 
21 /** 
22 * 模拟我去饭店 
23 */ 
24 public static void meToRes() 
25 { 
26 System.out.println("我乘地铁去饭店需要1小时。"); 
27 } 
28 
29 /** 
30 * 模拟一家人到齐了 
31 */ 
32 public static void togetherToEat() 
33 { 
34 System.out.println("一家人到齐了,开始吃饭"); 
35 } 
36 
37 
38 private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); 
39 
40 public static void main(String[] args) throws InterruptedException 
41 { 
42 
43 new Thread() 
44 { 
45 public void run() 
46 { 
47 fatherToRes(); 
48 latch.countDown(); 
49 }; 
50 }.start(); 
51 new Thread() 
52 { 
53 public void run() 
54 { 
55 motherToRes(); 
56 latch.countDown(); 
57 }; 
58 }.start(); 
59 new Thread() 
60 { 
61 public void run() 
62 { 
63 meToRes(); 
64 latch.countDown(); 
65 }; 
66 }.start(); 
67 
68 latch.await(); 
69 togetherToEat(); 
70 } 
71 }

又问:

您觉得这些方式里哪个方式更好呢?

回答:

CountDownLatch闭锁是等待一组线程执行完毕后才能继续执行;

CyclicBarrier栅栏是能让一组线程达到一个同步点时被阻塞,直到最后一个线程达到,阻塞才会消失,其是可以循环使用的;

Semaphore信号量是只允许一定数量的线程同时执行,一般用来限制访问资源的线程数量。

又问:

如果你这个时候依然可以说出来你自己更好的实现方式,那么面试官肯定还会揪着这个继续问你。

 

posted @ 2019-08-01 22:22  涛姐涛哥  阅读(312)  评论(0编辑  收藏