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并发编程--CyclicBarrier(线程屏障)详解

Java 更新时间: 发布时间: IT归档 最新发布 模块sitemap 名妆网 法律咨询 聚返吧 英语巴士网 伯小乐 网商动力

并发编程--CyclicBarrier(线程屏障)详解

一、简介         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 程到达一个屏障(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。下图演示了这一过程。

 

 二、与countdownlatch的区别

        它的主要作用其实和CountDownLanch差不多,都是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,屏障会被打开,所有被屏障阻塞的线程才会继续执行,不过它是可以循环执行的,这是它与CountDownLanch最大的不同。

 

三、核心参数
 
    // 可重入锁
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
    // 条件队列,具体看AQS
    private final Condition trip = lock.newCondition();
    
    // 参与的线程数量
    private final int parties;
    
    // 由最后一个进入 barrier 的线程执行的操作
    private final Runnable barrierCommand;
    
    // 当前代
    private Generation generation = new Generation();
    // 正在等待进入屏障的线程数量
    private int count;
四、构造方法
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
        // 参与的线程数量小于等于0,抛出异常
        if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        // 设置parties
        this.parties = parties;
        // 设置count
        this.count = parties;
        // 设置barrierCommand
        this.barrierCommand = barrierAction;
    }

该构造函数可以指定关联该CyclicBarrier的线程数量,并且可以指定在所有线程都进入屏障后的执行动作,该执行动作由最后一个进行屏障的线程执行。

五、核心方法 1.await方法 (1)dowait方法
await中调用dowait
private int dowait(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
               TimeoutException {
        // 保存当前锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        // 锁定
        lock.lock();
        try {
            // 保存当前代
            final Generation g = generation;
            
            if (g.broken) // 屏障被破坏,抛出异常
                throw new BrokenBarrierException();

            if (Thread.interrupted()) { // 线程被中断
                // 损坏当前屏障,并且唤醒所有的线程,只有拥有锁的时候才会调用
                breakBarrier();
                // 抛出异常
                throw new InterruptedException();
            }
            
            // 减少正在等待进入屏障的线程数量
            int index = --count;
            if (index == 0) {  // 正在等待进入屏障的线程数量为0,所有线程都已经进入
                // 运行的动作标识
                boolean ranAction = false;
                try {
                    // 保存运行动作
                    final Runnable command = barrierCommand;
                    if (command != null) // 动作不为空
                        // 运行
                        command.run();
                    // 设置ranAction状态
                    ranAction = true;
                    // 进入下一代
                    nextGeneration();
                    return 0;
                } finally {
                    if (!ranAction) // 没有运行的动作
                        // 损坏当前屏障
                        breakBarrier();
                }
            }

            // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
            // 无限循环
            for (;;) {
                try {
                    if (!timed) // 没有设置等待时间
                        // 等待
                        trip.await(); 
                    else if (nanos > 0L) // 设置了等待时间,并且等待时间大于0
                        // 等待指定时长
                        nanos = trip.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException ie) { 
                    if (g == generation && ! g.broken) { // 等于当前代并且屏障没有被损坏
                        // 损坏当前屏障
                        breakBarrier();
                        // 抛出异常
                        throw ie;
                    } else { // 不等于当前带后者是屏障被损坏
                        // We're about to finish waiting even if we had not
                        // been interrupted, so this interrupt is deemed to
                        // "belong" to subsequent execution.
                        // 中断当前线程
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    }
                }

                if (g.broken) // 屏障被损坏,抛出异常
                    throw new BrokenBarrierException();

                if (g != generation) // 不等于当前代
                    // 返回索引
                    return index;

                if (timed && nanos <= 0L) { // 设置了等待时间,并且等待时间小于0
                    // 损坏屏障
                    breakBarrier();
                    // 抛出异常
                    throw new TimeoutException();
                }
            }
        } finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
(2)核心流程

(3) nextGeneration方法

该方法会唤醒所有线程并且重置次数,这也是为什么CyclicBarrier可以循环调用的原因

private void nextGeneration() {
        // signal completion of last generation
        // 唤醒所有线程
        trip.signalAll();
        // set up next generation
        // 恢复正在等待进入屏障的线程数量
        count = parties;
        // 新生一代
        generation = new Generation();
    }
六、应用
    static class MyThread extends Thread {
        private CyclicBarrier cb;

        public MyThread(String name, CyclicBarrier cb) {
            super(name);
            this.cb = cb;
        }

        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " going to await");
            try {
                cb.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " continue");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(3, new Thread("barrierAction") {
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " barrier action");

            }
        });
        MyThread t1 = new MyThread("t1", cb);
        MyThread t2 = new MyThread("t2", cb);
        t1.start();
        t2.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " going to await");
        cb.await();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " continue");
    }

运行结果:

所以调用时序为:

 

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