Java并发编程：深入剖析CyclicBarrier源码

引言

CyclicBarrier中文叫做循环栅栏，用来控制线程的执行速率。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

适用场景：一组线程在到达栅栏之前，需要相互等待，到达栅栏之后（满足了特定条件），再一起执行。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

适用场景好像跟CountDownLatch一样，前面介绍过CountDownLatch的适用场景，跟第二种场景很像，不过还是有点区别：BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

1. CountDownLatch需要手动调用countDown()方法，这组线程才能一起执行，而CyclicBarrier无需调用调用任何方法，线程会自动执行。
2. CountDownLatch只能使用一次，而CyclicBarrier可以循环使用。

再提一下CountDownLatch的两个适用场景：BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

1. 当前线程等待其他线程都执行完成之后，再执行。
2. 所有线程满足条件后，再一起执行。

使用示例

CyclicBarrier常用的方法就一个await()方法，调用await()方法之后，会阻塞当前线程，直到栅栏前的所有线程都调用了await()方法，才会放行，并且一起执行。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.CyclicBarrier;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;/** * @author 一灯架构 * @apiNote CyclicBarrier测试类 **/@Slf4jpublic class CyclicBarrierTest {    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        // 1. 创建一个线程池，用来执行任务        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();        // 2. 创建一个循环栅栏，线程数是3        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);        // 3. 提交9个任务，刚好可以循环3轮        for (int i = 0; i < 9; i++) {            // 4. 睡眠100ms再提交任务，避免并发提交            Thread.sleep(100);            executorService.execute(() -> {                try {                    // 5. 睡眠1秒，模拟任务准备阶段                    Thread.sleep(1000);                    log.info(Thread.currentThread().getName() + " 准备 " + cyclicBarrier.getNumberWaiting());                    // 6. 阻塞当前任务，直到3个线程都到达栅栏                    cyclicBarrier.await();                    log.info(Thread.currentThread().getName() + " 执行完成");                } catch (Exception e) {                }            });        }        // 7. 关闭线程池        executorService.shutdown();    }}

输出结果：BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

10:00:00.001 [pool-1-thread-1] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-1 准备 010:00:00.002 [pool-1-thread-2] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-2 准备 110:00:00.003 [pool-1-thread-3] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-3 准备 210:00:00.003 [pool-1-thread-3] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-3 执行完成10:00:00.003 [pool-1-thread-1] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-1 执行完成10:00:00.004 [pool-1-thread-2] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-2 执行完成10:00:00.010 [pool-1-thread-4] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-4 准备 010:00:00.011 [pool-1-thread-5] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-5 准备 110:00:01.003 [pool-1-thread-6] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-6 准备 210:00:01.004 [pool-1-thread-6] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-6 执行完成10:00:01.004 [pool-1-thread-4] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-4 执行完成10:00:01.004 [pool-1-thread-5] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-5 执行完成10:00:01.114 [pool-1-thread-7] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-7 准备 010:00:01.213 [pool-1-thread-8] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-8 准备 110:00:01.317 [pool-1-thread-9] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-9 准备 210:00:01.318 [pool-1-thread-9] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-9 执行完成10:00:01.318 [pool-1-thread-7] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-7 执行完成10:00:01.319 [pool-1-thread-8] INFO com.yideng.CyclicBarrierTest - pool-1-thread-8 执行完成

示例中CyclicBarrier包含3个线程，提交9个任务，每3个任务为一组，调用await()方法后会相互等待，直到3个线程都调用了await()方法，然后放行，并且一起执行，9个任务会循环3轮，从输出结果中可以看出。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

示例中getNumberWaiting()方法可以查看CyclicBarrier中已经等待的线程数。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

看完了CyclicBarrier的使用方式，再看一下CyclicBarrier的源码实现。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

类属性

public class CyclicBarrier {    /**     * 互斥锁，用来保证线程安全     */    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();    /**     * 栅栏条件操作     */    private final Condition trip = lock.newCondition();        /**     * 栅栏初始线程数     */    private final int parties;        /**     * 到达栅栏后的操作     */    private final Runnable barrierCommand;    /**     * 栅栏前未到达的线程数     */    private int count;    /**     * 当前循环轮数     */    private Generation generation = new Generation();        private static class Generation {        boolean broken = false;    }}

CyclicBarrier内部使用了ReentrantLock来保证线程安全，又使用了Condition来实现线程的等待与唤醒操作。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

初始化

CyclicBarrier初始化的可以指定线程数和到达栅栏后的操作。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

/** * 指定线程数 */public CyclicBarrier(int parties) {    this(parties, null);}/** * 指定线程数和到达栅栏后的操作 * @param parties 线程数 * @param barrierAction 到达栅栏后的操作 */public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {    if (parties <= 0) {        throw new IllegalArgumentException();    }    this.parties = parties;    this.count = parties;    this.barrierCommand = barrierAction;}

比如到达栅栏后，关闭线程池：BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, () -> executorService.shutdown());

看一下await()方法源码。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

await方法源码

/**     * await方法入口     */    public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {        try {            return dowait(false, 0L);        } catch (TimeoutException toe) {            throw new Error(toe); // cannot happen        }    }    /**     * await方法核心逻辑     * @param timed 是否允许超时，false表示不允许     * @param nanos 超时时间     */    private int dowait(boolean timed, long nanos)            throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException {        // 1. 加锁        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            // 2. 获取当前循环轮数            final Generation g = generation;            if (g.broken) {                throw new BrokenBarrierException();            }            // 3. 如果当前线程已中断，就打破栅栏            if (Thread.interrupted()) {                breakBarrier();                throw new InterruptedException();            }            // 4. 计数器减一，如果计数器为零，表示所有线程都到达了栅栏            int index = --count;            if (index == 0) {                boolean ranAction = false;                try {                    // 5. 如果初始化时指定了barrierCommand，就执行                    final Runnable command = barrierCommand;                    if (command != null) {                        command.run();                    }                    ranAction = true;                    nextGeneration();                    return 0;                } finally {                    if (!ranAction) {                        breakBarrier();                    }                }            }            for (; ; ) {                try {                    // 6. 如果不允许超时，就阻塞当前线程                    if (!timed) {                        trip.await();                    } else if (nanos > 0L) {                        nanos = trip.awaitNanos(nanos);                    }                } catch (InterruptedException ie) {                    if (g == generation && !g.broken) {                        breakBarrier();                        throw ie;                    } else {                        Thread.currentThread().interrupt();                    }                }                if (g.broken) {                    throw new BrokenBarrierException();                }                if (g != generation) {                    return index;                }                // 7. 如果已超时，就打破栅栏                if (timed && nanos <= 0L) {                    breakBarrier();                    throw new TimeoutException();                }            }        } finally {            // 8. 释放锁            lock.unlock();        }    }

await()方法源码很长，但是逻辑很简单，主要分为以下四步：BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

1. 加锁，保证线程安全。
2. 统计栅栏前等待的线程数，如果所有线程都到达了栅栏，就执行初始化时指定的barrierCommand。
3. 如果线程没有指定了超时时间，就直接阻塞当前线程。如果指定了超时时间，就等待直到超时，如果已超时，就打破栅栏。
4. 释放锁

再看一下打破栅栏的源码：BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

/** * 打破栅栏 */private void breakBarrier() {    // 1. 设置当前循环轮数的状态为已打破    generation.broken = true;    // 2. 重置线程数    count = parties;    // 3. 唤醒所有等待的线程    trip.signalAll();}

其他常用方法

CyclicBarrier还有一些常用的方法：BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

/** * 等待（带超时时间） * @param timeout 超时时间 * @param unit 时间单位 */public int await(long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException,        BrokenBarrierException,        TimeoutException {    ...}/** * 重置栅栏（当栅栏出现异常情况时使用） */public void reset() {    ...}

总结

看完了CyclicBarrier的所有源码，是不是觉得CyclicBarrier逻辑很简单。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

CyclicBarrier主要用来控制线程的执行速率，初始化时指定线程数，线程调用await()方法时会阻塞，直到到达的线程数等于初始线程数，才会放行，并且一起执行。与CountDownLatch区别是，CyclicBarrier可以循环执行，而CountDownLatch只能执行一次。BUV28资讯网——每日最新资讯28at.com

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