CyclicBarrier底层实现和原理

官网解释：

允许一组线程全部等待彼此达到共同屏障点的同步辅助。循环阻塞在涉及固定大小的线程方的程序中很有用，这些线程必须偶尔等待彼此。屏障被称为循环，因为它可以在等待的线程被释放之后重新使用。

意思就是每个线程都得执行到等待点进行等待，直到所有线程都执行到等待点，才会继续往下执行。相当于日常开会，只有等每个参会的人都到之后才会开始会议。

用法：（以开会举例）

1、会议需要三个人
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, new Runnable() {@Overridepublic void run()2、这是三个人都到齐之后会执行的代码System.out.println("三个人都已到达会议室")}});3、定义三个线程，相当于三个参会的人for (int i = 0; i < 3; i++) {final int finalI = i;new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {4、模拟每人到会议室所需时间 Thread.sleep((long) (Math.random()*5000));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("第"+Thread.currentThread().getName()+"个人到达会议室");try {5、等待其他人到会议室 cyclicBarrier.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始开会");}}, String.valueOf(finalI)).start();}

上述代码运行的结果为：

源码解析：

一、构造方法

有两个构造方法，只有带Runnable参数的构造方法才会在所有线程都到达等待点之后执行Runnable里面的run方法。

CyclicBarrier(int parties) {this(parties, null);
}CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();this.parties = parties;this.count = parties;this.barrierCommand = barrierAction;
}

二、维护锁状态逻辑

其底层使用ReentrantLock+Condition进行锁状态的维护

1、维护锁状态
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private final Condition trip = lock.newCondition();
2、线程组数
private final int parties;
3、所有线程到达等待点后执行的Runnable
private final Runnable barrierCommand;
4、需要等待的线程数量
private int count;
6、屏障点定义
private static class Generation {boolean broken = false;
}

具体看看其是如何实现等待逻辑的，线程等待需要调用await方法

public int await() {return dowait(false, 0L);}public int await(long timeout, TimeUnit unit){return dowait(true, unit.toNanos(timeout));
}

最终调用的是dowait方法

private int dowait(boolean timed, long nanos){final ReentrantLock lock = this.lock;1、获取锁lock.lock();try {final Generation g = generation;if (g.broken)throw new BrokenBarrierException();2、如果线程中断，重置等待线程数量并且唤醒当前等待的线程 if (Thread.interrupted()) {breakBarrier();throw new InterruptedException();}3、等待线程数减1int index = --count;4、当等待线程数为 时if (index == 0) {  // trippedboolean ranAction = false;try {5、执行所有线程都到达等待点之后的Runnable final Runnable command = barrierCommand;if (command != null)command.run();ranAction = true;6、唤醒所有线程并生成下一代 nextGeneration();return 0;} finally {if (!ranAction)breakBarrier();}}7、如果等待线程数不为0for (;;) {try {8、根据传入的参数来决定是定时等待还是非定时等待if (!timed)trip.await();else if (nanos > 0L)nanos = trip.awaitNanos(nanos);} catch (InterruptedException ie) {9、线程中断之后唤醒所有线程并进入下一代if (g == generation && ! g.broken) {breakBarrier();throw ie;} else { Thread.currentThread().interrupt();}}10、如果线程因为打翻屏障操作而被唤醒则抛出异常if (g.broken)throw new BrokenBarrierException();11、如果线程因为换代操作而被唤醒则返回计数器的值if (g != generation)return index;12、如果线程因为时间到了而被唤醒则打翻栅栏并抛出异常if (timed && nanos <= 0L) {breakBarrier();throw new TimeoutException();}}} finally {lock.unlock();}}

可以看到，是通过index字段控制线程等待的，当index不为0的时候，线程统一会进行阻塞，直到index为0的时候，才会唤醒所有线程，这时候所有线程才会继续往下执行。

三、重复使用

这个跟CountdownLatch不一样的是，CountdownLatch是一次性的，而CycliBarrier是可以重复使用的，只需调用一下reset方法。

public void reset() {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {1、破坏当前的屏障点并唤醒所有线程 breakBarrier();   2、生成下一代nextGeneration(); } finally {lock.unlock();}
}private void breakBarrier() {generation.broken = true;将等待线程数量重置count = parties;唤醒所有线程 trip.signalAll();
}private void nextGeneration() {唤醒所有线程trip.signalAll();将等待线程数量重置count = parties;generation = new Generation();
}

上述就是对CycliBarrier的解析。

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