Java中CyclicBarrier 循环屏障
一、简介
CyclicBarrier 字面意思回环栅栏(循环屏障),它可以实现让一组线程等待至某个状态(屏障点)之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后,CyclicBarrier可以被重用。
CyclicBarrier 作用是让一组线程相互等待,当达到一个共同点时,所有之前等待的线程再继续执行,且 CyclicBarrier 功能可重复使用。
二、CyclicBarrier的使用
构造方法:
// parties表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用 await 方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞。 public CyclicBarrier(int parties) // 用于在线程到达屏障时,优先执行 barrierAction,方便处理更复杂的业务场景(该线程的执行时机是在到达屏障之后再执行)
重要方法:
//屏障 指定数量的线程全部调用await()方法时,这些线程不再阻塞 // BrokenBarrierException 表示栅栏已经被破坏,破坏的原因可能是其中一个线程 await() 时被中断或者超时 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException //循环 通过reset()方法可以进行重置
CyclicBarrier 应用场景
- 利用 CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据,最后合并计算结果的场景。
- 利用 CyclicBarrier的计数器能够重置,屏障可以重复使用的特性,可以支持类似“人满发车”的场景
模拟合并计算场景
利用 CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据,最后合并计算结果的场景。
public class CyclicBarrierTest2 { //保存每个学生的平均成绩 private Conc urrentHashMap<String, Integer> map=new ConcurrentHashMap<String,Integer>(); private ExecutorService threadPool= Executors.newFixedThreadPool(3); private CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(3,()->{ int result=0; Set<String> set = map.keySet(); for(String s:set){ result+=map.get(s); } System.out.println("三人平均成绩为:"+(result/3)+"分"); }); public void count(){ for(int i=0;i<3;i++){ threadPool.execute(new Runnable(){ @Override public void run() { //获取学生平均成绩 int score=(int)(Math.random()*40+60); map.put(Thread.currentThread().getName(), score); System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"同学的平均成绩为:"+score); try { //执行完运行await(),等待所有学生平均成绩都计算完毕 cb.await(); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } } }); } } public static void main(String[] args) { CyclicBarrierTest2 cb=new CyclicBarrierTest2(); cb.count(); } }
模拟“人满发车”的场景
利用CyclicBarrier的计数器能够重置,屏障可以重复使用的特性,可以支持类似“人满发车”的场景
public class CyclicBarrierTest3 { public static void main(String[] args) { AtomicInteger counter = new AtomicInteger(); ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor( 5, 5, 1000, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(100), (r) -> new Thread(r, counter.addAndGet(1) + " 号 "), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5, () -> System.out.println("裁判:比赛开始~~")); for (int i = 0; i < 10; i++) { threadPoolExecutor.submit(new Runner(cyclicBarrier)); } } static class Runner extends Thread{ private CyclicBarrier cyclicBarrier; public Runner (CyclicBarrier cyclicBarrier) { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() { try { int sleepMills = ThreadLocalRandom.current().nextInt(1000); Thread.sleep(sleepMills); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 选手已就位, 准备共用时: " + sleepMills + "ms" + cyclicBarrier.getNumberWaiting()); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }catch(BrokenBarrierException e){ e.printStackTrace(); } } } }
输出结果:
3 号 选手已就位, 准备共用时: 78ms0
1 号 选手已就位, 准备共用时: 395ms1
5 号 选手已就位, 准备共用时: 733ms2
2 号 选手已就位, 准备共用时: 776ms3
4 号 选手已就位, 准备共用时: 807ms4
裁判:比赛开始~~
4 号 选手已就位, 准备共用时: 131ms0
3 号 选手已就位, 准备共用时: 256ms1
2 号 选手已就位, 准备共用时: 291ms2
1 号 选手已就位, 准备共用时: 588ms3
5 号 选手已就位, 准备共用时: 763ms4
裁判:比赛开始~~
三、CyclicBarrier 源码分析
CyclicBarrier 流程
主要是的流程:
- 获取锁 如果 count != 0 就进入阻塞;
- 进入阻塞之前,首先需要进入条件队列,然后释放锁,最后阻塞;
- 如果 count != 0 会进行一个唤醒,将所有的条件队列中的节点转换为阻塞队列;
- 被唤醒过后会进行锁的获取,如果锁获取失败,会进入 lock 的阻塞队列;
- 如果锁获取成功,进行锁的释放,以及唤醒,同步队列中的线程。
下面是一个简单的流程图:
下面是具体的一些代码调用的流程:
几个常见的问题?
- 1.一组线程在触发屏障之前互相等待,最后一个线程到达屏障后唤醒逻辑是如何实现的. 唤醒的过程是通过调用
java.util.concurrent.locks.Condition#signalAll
唤醒条件队列上的所有节点。 - 2.删栏循环使用是如何实现的? 实际上一个互斥锁 ReentrantLock 的条件队列和阻塞队列的转换。
- 3.条件队列到同步队列的转换实现逻辑 ? 转换过程中,首先会先将条件队列中所有的阻塞线程唤醒,然后会去获取 lock 如果获取失败,就进入同步队列。
CyclicBarrier 与 CountDownLatch的区别
- CountDownLatch的计数器只能使用一次,而CyclicBarrier的计数器可以使用reset() 方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景,比如如果计算发生错误,可以重置计数器,并让线程们重新执行一次
- CyclicBarrier还提供getNumberWaiting(可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量)、isBroken(用来知道阻塞的线程是否被中断)等方法。
- CountDownLatch会阻塞主线程,CyclicBarrier不会阻塞主线程,只会阻塞子线程。
- CountDownLatch和CyclicBarrier都能够实现线程之间的等待,只不过它们侧重点不同。CountDownLatch一般用于一个或多个线程,等待其他线程执行完任务后,再执行。CyclicBarrier一般用于一组线程互相等待至某个状态,然后这一组线程再同时执行。
- CyclicBarrier 还可以提供一个 barrierAction,合并多线程计算结果。
- CyclicBarrier是通过ReentrantLock的"独占锁"和Conditon来实现一组线程的阻塞唤醒的,而CountDownLatch则是通过AQS的“共享锁”实现
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