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回环屏障CyclicBarrier原理探究(回环作用是什么)

cac55 2024-09-19 17:03 29 浏览 0 评论

CountDownLatch的计数器是一次性的,当计数器值为0后,再调用CountDownLatch的await和countdown方法都会立刻返回,这就起不到线程同步的效果了。

CyclicBarrier类可以重置计数器要。

CyclicBarrier是回环屏障,可以让一组线程全部达到一个状态后再全部同时执行。

回环即当所有等待线程执行完毕,并重置CyclicBarrier的状态后它可以被重用。

屏障即线程调用await方法后就会被阻塞,这个阻塞点就称为屏障点,等所有线程都调用了await方法后,线程们就会冲破屏障,继续向下运行。

CyclicBarrier例子





运行结果:


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

第一个参数为计数器初始值,第二个参数Runable是当计数器值为0时执行的任务。

多个线程之间是相互等待的,假如计数器值为N,那么随后调用await方法的N-1个线程都会因为到达屏障点而被阻塞,当第N个线程调用await后,计数器值为0了,这时第N个线程才会发出通知唤醒前面的N-1个线程。

当全部线程都到达屏障点时才能一块继续向下执行。

如何使用CountDonwLatch实现CyclicBarrier

也许CountDownLatch在各种教程中的描述让我们觉得CountDownLatch跟CyclicBarries不一样,但本质上是一样的,但是当计数器为0的时候开始运行。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CountDownLatchTest {
    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);

        executorService.submit(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " task 1-1");
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " enter in barrier");
                    countDownLatch.countDown();
                    countDownLatch.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " enter out barrier");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        executorService.submit(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " task 1-2");
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " enter in barrier");
                    countDownLatch.countDown();
                    countDownLatch.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " enter out barrier");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        executorService.shutdown();
    }
}

使用CountDownLatch实现所有的线程等待所有线程执行完毕之后才继续往下执行确实有点别扭,但这是api层面的别扭,跟CountDonwLatch的本质没有关系。

CyclicBarrier的可复用性








运行结果:



实现原理探究


CyclicBarrier基于独占锁实现,底层还是基于AQS的。

parties用来记录线程个数,表示多少个线程调用await后,所有线程才会冲破屏障继续往下运行。

count一开始等于parties,每当有线程调用await方法就递减1,当count为0时就表示所有线程都到了屏障点。

CycleBarier是可以被复用的,parties始终用来记录总的线程个数,当count计数器值变为0后,会将parties的值赋给count,从而进行复用。






barrierCommand表示任务,这个任务的执行时机是当所有线程都到达屏障点后。

使用lock首先保证了更新计数器count的原子性。使用lock的条件变量trip支持线程间使用await和signal操作进行同步。

变量generation内部变量broken用来记录当前屏障是否被打破。broken并没有被声明为volatile的,因为是在锁内使用变量,所以不需要声明。




int await() 方法

当前线程调用该方法会被阻塞,直到满足下面条件之一才会返回:

1.parties个线程都调用了await()方法,也就是线程都到了屏障点;

2.其他线程调用了当前线程的interrupt()方法中断了当前线程,则当前线程会抛出InterruptedException异常而返回;

3.与当前屏障点关联的Generation对象的broken标志被设置为true时,会抛出BrokenBarrierException异常,然后返回。



boolean await(long timeout, TimeUnit unit) 方法

当前线程调用该方法时会被阻塞,直到满足下面条件之一才会返回:

1.parties个线程都调用了await()方法,也就是线程都到了屏障点,这时候返回true;

2.设置的超时时间到了后返回false;

3.其他线程调用当前线程的interrupt()方法中断了当前线程,则当前线程会抛出InterruptedException异常然后返回;

4.与当前屏障点关联的Generation对象的broken标志被设置为true时,会抛出BrokenBarrierException异常,然后返回。



int dowait(boolean timed, long nanos) 方法

该方法实现了CyclicBarrier的核心功能。








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