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Java并发工具类之CyclicBarrier代码实现
2017-10-27 15:34:24         来源:babylove_BaLe的博客  
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一、CyclicBarrier的概念

CyclicBarrier的意思是可循环使用的屏障。它可以让一组线程到达一个屏障时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有阻塞的线程才会继续执行。

它就好像一道关卡,只有所有的部队(线程)都到了才能放行。

image

二、CyclicBarrier的实现分析

部分源码

public class CyclicBarrier {

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition trip = lock.newCondition();
    private final int parties;
    private final Runnable barrierCommand;
    private Generation generation = new Generation();
    private int count;
    private static class Generation {
        boolean broken = false;
    }
    ....
}

可以看到,CyclicBarrier是基于ReentrantLock和Condition实现的。

parties 表示拦截线程的数量 barrierCommand 表示所有线程到达屏障后优先执行的命令 Generation 表示屏障循环利用

构造函数

CyclicBarrier有两个构造函数:

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;
    }

第一个构造函数调用的其实也是第二个构造函数,只是第二个参数barrierAction为null。这个参数其实是一个线程任务命令,用于在所有线程到达屏障时,优先执行该线程任务,方便处理更加复杂的业务场景。

await()方法:

每当一个线程调用await()方法表示该线程到达屏障,

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        try {
            return dowait(false, 0L);
        } catch (TimeoutException toe) {
            throw new Error(toe); 
        }
    }

进入dowait()方法:

private int dowait(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
               TimeoutException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            final Generation g = generation;

            //当前generation“已损坏”,抛出异常
            if (g.broken)
                throw new BrokenBarrierException();

            //如果线程中断,终止CyclicBarrier
            if (Thread.interrupted()) {
                breakBarrier();
                throw new InterruptedException();
            }
            //每当线程进入,计数-1
            int index = --count;
            if (index == 0) {  //计数为0时,进入
                boolean ranAction = false;
                try {
                    final Runnable command = barrierCommand;
                    if (command != null)   //如果有barrierCommand,则优先执行该任务
                        command.run();
                    ranAction = true;
                    nextGeneration();//唤醒所有等待线程,并更新generation
                    return 0;
                } finally {
                    if (!ranAction)
                        breakBarrier();
                }
            }
            // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
            //自旋
            for (;;) {
                try {
                    if (!timed)//如果不是超时等待,则调用Condition.await()方法等待
                        trip.await();
                    else if (nanos > 0L)//超时等待,调用Condition.awaitNanos()方法等待
                        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 {
                    }
                }

                //当前generation“已损坏”,抛出异常
                if (g.broken)
                    throw new BrokenBarrierException();

                //generation已经更新,返回index
                if (g != generation)
                    return index;

                //“超时等待”,并且时间已到,终止CyclicBarrier,并抛出异常
                if (timed && nanos <= 0L) {
                    breakBarrier();
                    throw new TimeoutException();
                }
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

dowait()的主要处理逻辑如下:如果该线程不是到达的最后一个线程,则它会一直处于等待状态,除非发生以下情况:

最后一个线程到达,即index == 0 超出了指定时间(超时等待) 其他的某个线程中断当前线程 其他的某个线程中断另一个等待的线程 其他的某个线程在等待barrier超时 其他的某个线程在此barrier调用reset()方法。reset()方法用于将屏障重置为初始状态。

Generation对象描述着CyclicBarrier的更新换代。在CyclicBarrier中,同一批线程属于同一代。当有parties个线程到达barrier,generation就会被更新换代。

三、CyclicBarrier与CountDownLatch的对比

CyclicBarrier允许一系列线程相互等待对方到达屏障,先到达的线程被阻塞在屏障前,必须等到所有线程都到达了屏障,所有线程才能运行;CountDownLatch允许一个或多个线程等待一些特定的操作完成,而这些操作是在其它的线程中进行的,只有“被等的线程”的操作完成后,“等待的线程”才能执行;

CyclicBarrier强调的是n个线程互相等待,CountDownLatch强调的是1个线程或n个线程等待其他线程操作。

CyclicBarrier的计数器可以循环使用(出现错误可重置计数),CountDownLatch的计数器只能用一次;

CyclicBarrier可以在所有线程到达屏障后先执行一个线程任务,再运行所有线程,用于处理复杂的业务,CountDownLatch不可以。

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