下一次面试就问，Java并发工具CyclicBarrier的用法及实现原理
cac55 2024-09-19 17:03 17 浏览 0 评论
下一次面试就问，Java并发工具CyclicBarrier的用法及实现原理
作者：吴潇
职位：Java软件工程师
原创声明
这是本人的署名原创文章，未经许可不支持转载，请勿抄袭。本公众号的所有文章均为本人原创。为了更容易理解和记忆，今后所有文章将以图解为主、代码为辅，忽略不太重要的细节，但是保留关键性的技术细节。如果您比较感兴趣，欢迎关注！
CyclicBarrier的基本用法
我们用Java编写多线程应用程序，有多种JDK同步工具可以选择，常用的一般是ReentrantLock锁和Condition条件队列等。然而，在某些特殊应用场景中，我们应该使用一些特殊的同步工具。例如，有时候我们需要创建N个线程，让他们各自执行，当它们运行到某个特定位置时暂定，并且等待另外N-1线程都到达它们各自的暂停位置再同时继续运行。或者，换一种说法，我们希望N个线程达到一种互相等待状态之后再一起往下执行，如下图所示。
让5个线程形成相互等待状态，然后再继续执行，这种类型的同步工作用CyclicBarrier来实现可以更简单，如下图所示。
CyclicBarrier的高级用法
除了上面讲到的让N个线程形成互相等待这种基本用法外，CyclicBarrier还可以有一种高级用法。这种用法类似于分布式事务——让N个线程中的操作要么都执行，要么都不执行。JDK称这种特性为"all-or-none breakage model"，即要么全部都成功要么全都抛异常。例如，假如我们已经创建了一个CyclicBarrier，
b = new CyclicBarrier(5);
前4个线程都执行到了
b.await();
这里，在这里进行等待。此时，第5个线程却没有调用b.await()，而是遇到问题，转而去调用了
b.reset();
那么，前面4个阻塞在await()方法上的线程将抛出BrokenBarrierException异常（如果在处理这个异常的代码中编写执行回滚动作的代码，那么一个单机多线的分布式事务就可以实现出来了）。
CyclicBarrier的基本实现原理
CyclicBarrier根据一个倒数计数来判断应该阻塞还是唤醒，类似于CountDownLatch。每次调用await，都让计数值减1，若计数器不等于0就让调用await的当前线程阻塞；当计数值减至0后恢复运行。CyclicBarrier让N个线程达到互相等待状态，然后同时继续执行，这个过程如下图所示。
注意，CyclicBarrier的构造函数还可以传入一个Runnable barrierAction，用来执行一些结果合并工作，上图未画出。barrierAction的run()方法在trip之后，在等待线程唤醒之前执行，并且是最后一个到达的线程中运行。
CyclicBarrier的内部利用ReentrantLock锁和关联的Condition条件队列来实现等待和唤醒的，并没有利用AbstractQueuedSynchronizer。它的await()操作对倒数的计数变量进行减1，如果变为0，则执行barrierAction中的run()，然后唤醒条件队列中的其他线程（调用Condition.signalAll()实现）。
可以看到，CyclicBarrier的主要操作都用到了ReentrantLock（因为要用Condition，必须先得到它所关联的ReentrantLock），并发性并不高。
各位看懂了吗，欢迎在下方留言。
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