Java 并发工具CountDownLatch和CyclicBarrier 原理解析
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Java 并发工具CountDownLatch和CyclicBarrier 原理解析
一，简介
CountDownLatch 允许一个或者多个线程等待其他线程完成操作。
CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程达到一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。
二，代码演示
CountDownLatchDemo
public class CountDownLatchDemo {
public static final CountDownLatch count = new CountDownLatch(10);
private static int j = 0;
public static void main(String[] args) throws Exception {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(
()-> {
System.out.println("我是"+(++j));
count.countDown();
}
).start();
}
count.await();
System.out.println("我是总数"+j+"！！！");
}
}
运行结果：
我是1
我是2
我是3
我是4
我是5
我是6
我是7
我是8
我是9
我是10
我是总数10！！！CyclicBarrierDemo
public class CyclicBarrierDemo {
private static final CyclicBarrier c = new CyclicBarrier(6,new Thread(() ->
System.out.println("我是最后一个")
));
private static AtomicInteger index = new AtomicInteger(1);
public static void main(String[] args) throws Exception, BrokenBarrierException {
for (int i = 1; i <= 6; i ++) {
new Thread(() -> {
try {
c.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("我是："+(index.getAndIncrement()));
}) .start();
}
}
}
运行结果：
我是最后一个
我是：1
我是：2
我是：3
我是：4
我是：5
我是：6三，源码解析
CountDownLatch 源码
原理：
CountDownLatch 又叫做闭锁，CountDownLatch 的构造函数接受一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待n个节点完成，那就传入N；当我们调用CountDownLatch 的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await会阻塞当前方法，直到N变成0；由于countDown方法可以用在任何地方，这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1一个线程里面的N个步骤。
源码：
// 构造方法
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
// 内部类 Sync 继承AQS
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
}
countDown 方法
public void countDown() {
// 调用了AQS的releaseShared方法
sync.releaseShared(1);
}
// 这是Sync的tryReleaseShared
// AQS的releaseShared会调用子类的tryReleaseShared 用来控制count
// tryReleaseShared 共享式的释放状态 具体参考AQS
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
// 获取的其实就是我们构造函数的count
int c = getState();
// count == 0 证明整个记录流程已经完毕了
if (c == 0)
return false;
// 减1
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc)) cas 更新
return nextc == 0; // 等于0，返回ture 证明计数结束了，可以去唤醒同步队列的线程了
// 唤醒是AQS的releaseShared方法
// 结合CountDownLatch的await方法理解整这里
}
}await 方法
public void await() throws InterruptedException {
// 共享式获取同步转态
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
// 这是Sync的方法
// await 其实是调用的AQS的acquireSharedInterruptibly 但是aqs会调用子类tryAcquireShared
// 我们看到值有state等于0 才会返回true 成功 -1 表示失败 失败就要加入同步队列
// 所以在countDown方法里面等于0 为什么要去唤醒 ，应为这里会进入同步队列
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}通过源码我们可以发现只有当countDown 这个方法计数递减完毕，别的线程才能执行，因为调用await的线程会进入AQS的同步队列，然后阻塞。
CyclicBarrier 源码
原理：
CyclicBarrier 默认构造方法是CyclicBarrier （int parties）,器参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await告诉CyclicBarrier 我已经到达屏障了，然后当前线程被阻塞；CyclicBarrier 海提供了一个高级的构造函数，CyclicBarrier （int parties，Runnable barrierAction）,用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction线程，方便处理更复杂的业务逻辑。
源码：
public CyclicBarrier(int parties) {
this(parties, null);
}
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}
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();await 方法
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 {
// 获取锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 这一代的状态
final Generation g = generation;
// 默认为false Barrier被Broken 就会为true
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
// 线程被中断了，标记为breakBarrier，唤醒所有线程
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
// 计数器减减
int index = --count;
// 到达 trip
if (index == 0) { // tripped
boolean ranAction = false;
try {
// 执行构造函数里面的线程
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
// 唤醒所有等待线程 然后重置
nextGeneration();
return 0;
} finally {
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
// loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
// 一直自旋直到发生:tripped, broken, interrupted, timed out
for (;;) {
try {
// 带时间
if (!timed)
trip.await();
else if (nanos > 0L)
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
// 自旋过程中发生中断
} catch (InterruptedException ie) {
// 等于说明当前被重点的这个线程没有被broken
// 抛异常
if (g == generation && ! g.broken) {
breakBarrier();
throw ie;
} else { // 不等于说明后来的线程已经broken了
// We're about to finish waiting even if we had not
// been interrupted, so this interrupt is deemed to
// "belong" to subsequent execution.
// 中断线程 breakBarrier已经没有意义了
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
if (g.broken) // 屏蔽Broken
throw new BrokenBarrierException();
// 别的线程更新了generation 不属于当前代
if (g != generation)
return index;
if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
private void breakBarrier() {
generation.broken = true;
count = parties;
trip.signalAll();
}
private void nextGeneration() {
// signal completion of last generation
trip.signalAll();
// set up next generation
count = parties;
generation = new Generation();
}我们发现CyclicBarrier是所有线程一起阻塞，直到到达屏障点，然后全部唤醒一起执行。
四，总结
CountDownLatch和CyclicBarrier都可以实现一个线程等待一个或者多个线程到达一个点之后才执行，但是这一个或者多个线程的状态却是不一样的，CountDownLatch是来一个执行一个不会阻塞，直到大家执行完了，在执行调用await方法的线程，CyclicBarrier是来一个阻塞一个，直到大家都阻塞完毕，然后在优先执行构造函数里面的线程,在唤醒所有阻塞的线程；CountDownLatch的计数器只能执行一次，CyclicBarrier可以执行多次，所以CyclicBarrier可以执行复杂的业务场景。
参考 《Java 并发编程的艺术》