java线程同步barrier_Java多线程同步工具类之CyclicBarrier
一、CyclicBarrier使用
CyclicBarrier从字面上可以直接理解为线程运行的屏障，它可以让一组线程执行到一个共同的屏障点时被阻塞，直到最后一个线程执行到指定位置，你设置的执行线程就会触发运行；同时CyclicBarrier相比与CountDownLatch，它是可以被重置的；下面我们通过一个简单例子看下CyclicBarrier的使用；
实例化一个CyclicBarrier对象并传入你要控制的线程内部；
public static voidmain(String[] args) {
CyclicBarrier cb= new CyclicBarrier(3, newRunnable() {public voidrun() {
System.out.println("所有线程集合");
}
});for (int i = 0; i < 3; i++) {new CyclicBarrierThread(i + "", cb).start();
}
}
计数线程代码，每当计数到偶数时调用CyclicBarrier的await()方法
public class CyclicBarrierThread extendsThread{privateCyclicBarrier barrier;privateString name;private intcount;publicCyclicBarrierThread(String name,CyclicBarrier barrier) {this.name=name;this.barrier=barrier;this.count=0;
}public voidrun() {try{for(int i=0;i<10;i++) {
Thread.sleep(100);
count++;
System.out.println(name+"号线程---"+Thread.currentThread().getName()+"开始计数:"+count);if(count%2==0) {//每计数到偶数次时集合一次
barrier.await();
System.out.println(name+"号线程---"+Thread.currentThread().getName()+"集合完毕，继续计数");
}
}
}catch(Exception e) {//TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
查看代码输出
2号线程---Thread-2开始计数:10号线程---Thread-0开始计数:11号线程---Thread-1开始计数:12号线程---Thread-2开始计数:21号线程---Thread-1开始计数:20号线程---Thread-0开始计数:2所有线程集合
2号线程---Thread-2集合完毕，继续计数
1号线程---Thread-1集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0集合完毕，继续计数
2号线程---Thread-2开始计数:31号线程---Thread-1开始计数:30号线程---Thread-0开始计数:32号线程---Thread-2开始计数:40号线程---Thread-0开始计数:41号线程---Thread-1开始计数:4所有线程集合
1号线程---Thread-1集合完毕，继续计数
2号线程---Thread-2集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0开始计数:52号线程---Thread-2开始计数:51号线程---Thread-1开始计数:50号线程---Thread-0开始计数:61号线程---Thread-1开始计数:62号线程---Thread-2开始计数:6所有线程集合
2号线程---Thread-2集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0集合完毕，继续计数
1号线程---Thread-1集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0开始计数:71号线程---Thread-1开始计数:72号线程---Thread-2开始计数:71号线程---Thread-1开始计数:80号线程---Thread-0开始计数:82号线程---Thread-2开始计数:8所有线程集合
2号线程---Thread-2集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0集合完毕，继续计数
1号线程---Thread-1集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0开始计数:91号线程---Thread-1开始计数:92号线程---Thread-2开始计数:91号线程---Thread-1开始计数:100号线程---Thread-0开始计数:102号线程---Thread-2开始计数:10所有线程集合
1号线程---Thread-1集合完毕，继续计数
2号线程---Thread-2集合完毕，继续计数
0号线程---Thread-0集合完毕，继续计数
通过输出结果可以看到，计数线程每计数到偶数次时使用CyclicBarrier的await()方法，线程都会进入阻塞等待的状态，直到最后一个线程到达屏障点时，触发你定义的执行线程，而且CyclicBarrier的await()方法是可以重复使用的。
二、CyclicBarrier源码分析
下面我们就对CyclicBarrier内部的源码实现进行一些分析与总结
1、CyclicBarrier的构造
首先看下CyclicBarrier的构造函数
public CyclicBarrier(intparties, Runnable barrierAction) {if (parties <= 0) throw newIllegalArgumentException();//拦截的线程数量
this.parties =parties;//用于计数的count值，每有一个线程执行到屏障点，就会递减1
this.count =parties;//定义的拦截线程
this.barrierCommand =barrierAction;
}
CyclicBarrier的构造函数很简单就是接收你要拦截的线程数量与定义的执行线程。
2、await方法
public int await() throwsInterruptedException, BrokenBarrierException {try{return dowait(false, 0L);
}catch(TimeoutException toe) {throw new Error(toe); //cannot happen
}
}
我们看下具体实现dowait方法的实现
private int dowait(boolean timed, longnanos)throwsInterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {//获取可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;//加锁
lock.lock();try{//CyclicBarrier内部定义的一个Generation类
final Generation g =generation;//判断Generation的broken状态
if(g.broken)throw newBrokenBarrierException();//如果线程被中断
if(Thread.interrupted()) {//Generation的broken置为true,count值重置，并唤醒所有线程
breakBarrier();throw newInterruptedException();
}//count值减一
int index = --count;if (index == 0) { //如果conunt为0，说明最后一个线程到大屏障
boolean ranAction = false;try{final Runnable command =barrierCommand;if (command != null)
command.run();//执行你传入的线程
ranAction = true;
nextGeneration();//唤醒所有阻塞的线程，同时重置count值与Generation
return 0;
}finally{if (!ranAction)//拦截线程没有正常执行，唤醒所有线程，同时重置count值，Generation的broken置为true
breakBarrier();
}
}//loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
for(;;) {try{//是否设置阻塞的超时时间
if (!timed)//释放当前锁
trip.await();//false 表示不设置，一直阻塞
else if (nanos > 0L)
nanos= trip.awaitNanos(nanos);//true 设置阻塞的超时时间
} catch(InterruptedException ie) {if (g == generation && !g.broken) {
breakBarrier();throwie;
}else{//We're about to finish waiting even if we had not//been interrupted, so this interrupt is deemed to//"belong" to subsequent execution.
Thread.currentThread().interrupt();
}
}if(g.broken)throw newBrokenBarrierException();if (g !=generation)returnindex;if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();throw newTimeoutException();
}
}
}finally{//释放锁
lock.unlock();
}
}
dowait方法的实现流程是很清晰的，通过ReentrantLock的Condition接口与count值相互配合，主要完成以下功能：
1、当需要拦截的线程到达屏障点调用await方法后获取ReentrantLock锁，保证线程安全；
2、检查count值是否为0，判断是否是最后一个线程到达屏障，如果是的话执行需要触发执行的线程，调用Condition的signalAll方法唤醒所有阻塞的线程，并重置count值与Generation类，保障CyclicBarrier的重复可用；
3、如果不是最后一个线程的话，根据传入的参数调用Condition的await方法释放锁资源并进入阻塞等待，直到被唤醒；
3、reset方法
可以用来主动重置CyclicBarrier的状态
public voidreset() {final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();try{//generation.broken设置为true，唤醒所有线程，count值重置
breakBarrier();
nextGeneration();
}finally{
lock.unlock();
}
}private voidnextGeneration() {//signal completion of last generation
trip.signalAll();//set up next generation
count =parties;
generation= newGeneration();
}private voidbreakBarrier() {
generation.broken= true;
count=parties;
trip.signalAll();
}
breakBarrier()与nextGeneration()，这两个方法的主要区别就在于前者会把generation.broken设置为true，也就是说如果调用reset方法主动重置CyclicBarrier类的状态，当前正在使用CyclicBarrier类同步的线程都会被唤醒或抛出异常；
4、getNumberWaiting方法
public intgetNumberWaiting() {final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();try{return parties -count;
}finally{
lock.unlock();
}
}
很明显getNumberWaiting方法使用来获取当前已经运行至屏蔽点并阻塞等待的线程数量的；
三、总结
通过上面分析可以看到CyclicBarrier的实现原理相对还是比较简单与清晰的，主要是基于ReentrantLock与计数器相结合来实现多个线程的同步控制的。以上就是对CyclicBarrier类的使用与内部实现进行的分析，其中如有不足与不正确的地方还望指出与海涵。
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