Java多線程同步工具類之CyclicBarrier

時間  2019-12-04
標籤 java 多線程 同步 工具 cyclicbarrier 欄目 Java 简体版
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1、CyclicBarrier使用

CyclicBarrier從字面上能夠直接理解爲線程運行的屏障，它可讓一組線程執行到一個共同的屏障點時被阻塞，直到最後一個線程執行到指定位置，你設置的執行線程就會觸發運行；同時CyclicBarrier相比與CountDownLatch，它是能夠被重置的；下面咱們經過一個簡單例子看下CyclicBarrier的使用；安全

實例化一個CyclicBarrier對象並傳入你要控制的線程內部；微信

    public static void main(String[] args) {

        CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(3, new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("全部線程集合");
            }
        });
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new CyclicBarrierThread(i + "", cb).start();
        }

    }

計數線程代碼，每當計數到偶數時調用CyclicBarrier的await()方法app

public class CyclicBarrierThread extends Thread{
    
    private CyclicBarrier barrier;
    
    private String name;
    
    private int count;
    
    public CyclicBarrierThread(String name,CyclicBarrier barrier) {
        this.name=name;
        this.barrier=barrier;
        this.count=0;
    }
    
    public void run() {
        try {
            for(int i=0;i<10;i++) {
                
                Thread.sleep(100);
                count++;
                System.out.println(name+"號線程---"+Thread.currentThread().getName()+"開始計數:"+count);
                if(count%2==0) {//每計數到偶數次時集合一次
                    barrier.await();
                    System.out.println(name+"號線程---"+Thread.currentThread().getName()+"集合完畢，繼續計數");
                }
            }
            
        } catch (Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

查看代碼輸出函數

2號線程---Thread-2開始計數:1
0號線程---Thread-0開始計數:1
1號線程---Thread-1開始計數:1
2號線程---Thread-2開始計數:2
1號線程---Thread-1開始計數:2
0號線程---Thread-0開始計數:2
全部線程集合
2號線程---Thread-2集合完畢，繼續計數
1號線程---Thread-1集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0集合完畢，繼續計數
2號線程---Thread-2開始計數:3
1號線程---Thread-1開始計數:3
0號線程---Thread-0開始計數:3
2號線程---Thread-2開始計數:4
0號線程---Thread-0開始計數:4
1號線程---Thread-1開始計數:4
全部線程集合
1號線程---Thread-1集合完畢，繼續計數
2號線程---Thread-2集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0開始計數:5
2號線程---Thread-2開始計數:5
1號線程---Thread-1開始計數:5
0號線程---Thread-0開始計數:6
1號線程---Thread-1開始計數:6
2號線程---Thread-2開始計數:6
全部線程集合
2號線程---Thread-2集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0集合完畢，繼續計數
1號線程---Thread-1集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0開始計數:7
1號線程---Thread-1開始計數:7
2號線程---Thread-2開始計數:7
1號線程---Thread-1開始計數:8
0號線程---Thread-0開始計數:8
2號線程---Thread-2開始計數:8
全部線程集合
2號線程---Thread-2集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0集合完畢，繼續計數
1號線程---Thread-1集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0開始計數:9
1號線程---Thread-1開始計數:9
2號線程---Thread-2開始計數:9
1號線程---Thread-1開始計數:10
0號線程---Thread-0開始計數:10
2號線程---Thread-2開始計數:10
全部線程集合
1號線程---Thread-1集合完畢，繼續計數
2號線程---Thread-2集合完畢，繼續計數
0號線程---Thread-0集合完畢，繼續計數

經過輸出結果能夠看到，計數線程每計數到偶數次時使用CyclicBarrier的await()方法，線程都會進入阻塞等待的狀態，直到最後一個線程到達屏障點時，觸發你定義的執行線程，並且CyclicBarrier的await()方法是能夠重複使用的。oop

2、CyclicBarrier源碼分析

下面咱們就對CyclicBarrier內部的源碼實現進行一些分析與總結源碼分析

一、CyclicBarrier的構造

首先看下CyclicBarrier的構造函數this

    public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
        if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        //攔截的線程數量
        this.parties = parties;
        //用於計數的count值，每有一個線程執行到屏障點，就會遞減1
        this.count = parties;
        //定義的攔截線程
        this.barrierCommand = barrierAction;
    }

CyclicBarrier的構造函數很簡單就是接收你要攔截的線程數量與定義的執行線程。spa

二、await方法

    public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        try {
            return dowait(false, 0L);
        } catch (TimeoutException toe) {
            throw new Error(toe); // cannot happen
        }
    }

咱們看下具體實現dowait方法的實現線程

    private int dowait(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
               TimeoutException {
        //獲取可重入鎖
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //加鎖
        lock.lock();
        try {
            //CyclicBarrier內部定義的一個Generation類
            final Generation g = generation;

            //判斷Generation的broken狀態
            if (g.broken)
                throw new BrokenBarrierException();

            //若是線程被中斷
            if (Thread.interrupted()) {
                //Generation的broken置爲true,count值重置，並喚醒全部線程
                breakBarrier();
                throw new InterruptedException();
            }

            //count值減一
            int index = --count;
            if (index == 0) {  // 若是conunt爲0，說明最後一個線程到大屏障
                boolean ranAction = false;
                try {
                    final Runnable command = barrierCommand;
                    if (command != null)
                        command.run();//執行你傳入的線程
                    ranAction = true;
                    nextGeneration();//喚醒全部阻塞的線程，同時重置count值與Generation
                    return 0;
                } finally {
                    if (!ranAction)
                        //攔截線程沒有正常執行，喚醒全部線程，同時重置count值，Generation的broken置爲true
                        breakBarrier();
                }
            }

            // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
            for (;;) {
                try {
                    //是否設置阻塞的超時時間
                    if (!timed)
                        //釋放當前鎖
                        trip.await();//false 表示不設置，一直阻塞
                    else if (nanos > 0L)
                        nanos = trip.awaitNanos(nanos);//true 設置阻塞的超時時間
                } catch (InterruptedException ie) {
                    if (g == generation && ! g.broken) {
                        breakBarrier();
                        throw ie;
                    } 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 new BrokenBarrierException();

                if (g != generation)
                    return index;

                if (timed && nanos <= 0L) {
                    breakBarrier();
                    throw new TimeoutException();
                }
            }
        } finally {
            //釋放鎖
            lock.unlock();
        }
    }

dowait方法的實現流程是很清晰的，經過ReentrantLock的Condition接口與count值相互配合，主要完成如下功能：code

一、當須要攔截的線程到達屏障點調用await方法後獲取ReentrantLock鎖，保證線程安全；

二、檢查count值是否爲0，判斷是不是最後一個線程到達屏障，若是是的話執行須要觸發執行的線程，調用Condition的signalAll方法喚醒全部阻塞的線程，並重置count值與Generation類，保障CyclicBarrier的重複可用；

三、若是不是最後一個線程的話，根據傳入的參數調用Condition的await方法釋放鎖資源並進入阻塞等待，直到被喚醒；

三、reset方法

能夠用來主動重置CyclicBarrier的狀態

    public void reset() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            //generation.broken設置爲true，喚醒全部線程，count值重置
            breakBarrier();   
            nextGeneration(); 
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    
    private void nextGeneration() {
        // signal completion of last generation
        trip.signalAll();
        // set up next generation
        count = parties;
        generation = new Generation();
    }


    private void breakBarrier() {
        generation.broken = true;
        count = parties;
        trip.signalAll();
    }

breakBarrier()與nextGeneration()，這兩個方法的主要區別就在於前者會把generation.broken設置爲true，也就是說若是調用reset方法主動重置CyclicBarrier類的狀態，當前正在使用CyclicBarrier類同步的線程都會被喚醒或拋出異常；

四、getNumberWaiting方法

    public int getNumberWaiting() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return parties - count;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

很明顯getNumberWaiting方法使用來獲取當前已經運行至屏蔽點並阻塞等待的線程數量的；

3、總結

經過上面分析能夠看到CyclicBarrier的實現原理相對仍是比較簡單與清晰的，主要是基於ReentrantLock與計數器相結合來實現多個線程的同步控制的。以上就是對CyclicBarrier類的使用與內部實現進行的分析，其中若有不足與不正確的地方還望指出與海涵。

 

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