CyclicBarrier回环屏障深度解析
1. 前沿
从上一节的CountDownLatch的学习,我们发现其只能使用一次,当state递减为0后,就没有用了,需要重新新建一个计数器。那么我们有没有可以复用的计数器呢?当然,JUC包给我们提供了CyclicBarrier回环屏障来实现计数器的复用。
2. 概念讲解
何为回环:当所有等待线程执行完成后,重置CyclicBarrier的状态,使得它能被复用。
何为屏障:线程调用await方法后就会被阻塞,这个阻塞点就叫屏障点,等所有线程都调用await方法后,线程们就会突破屏障,继续往下运行。
3. 案例
4. 源码分析
- 构造函数
// 一个入参的构造函数
public CyclicBarrier(int parties) {
// 调用还是两个入参的构造函数
this(parties, null);
} public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
// 将入参计数器值赋给count和线程数parties
this.parties = parties;
this.count = parties;
// 计数器count=0时,执行下面barrierCommand的功能
this.barrierCommand = barrierAction;
}
- await()
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
// 实际调用的dowait方法
return dowait(false, 0L);
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen
}
}
private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
// 回环屏障底层是用ReentrantLock独占锁实现,其底层还是基于AQS实现
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
final Generation g = generation;
// 如果回环屏障是broken=true状态,抛出异常。因为dowait之前broken一定是false的
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
// 如果线程interrupted了,那么打破屏障,代码往下执行
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
// 计数器递减1
int index = --count;
// 当计数器为0时,打破屏障
if (index == 0) { // tripped
boolean ranAction = false;
try {
// 我们代码中调用两个参数的构造函数时,传入的一个任务
final Runnable command = barrierCommand;
// 如果任务不为空,那么在回环屏障打破的时候,执行我们自定义的任务。
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
nextGeneration();
return 0;
} finally {
// 如果try方法出现异常,没有正常将ranAction设置为true,那么finally里强行打破屏障
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
// 以下是设置了超时时间的dowait方法实现,当等待时间超过了超时时间时,屏障等待也会结束
for (;;) {
try {
if (!timed)
trip.await();
else if (nanos > 0L)
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
if (g == generation && ! g.broken) {
breakBarrier();
throw ie;
} else {
// We're about to finish waiting even if we had not
// been interrupted, so this interrupt is deemed to
// "belong" to subsequent execution.
Thread.currentThread().interrupt();
}
} if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException(); if (g != generation)
return index; if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
// 打破屏障的方法
private void breakBarrier() {
// 设置打破状态为true
generation.broken = true;
// 将线程数重新赋给计数器count,这是保证屏障复用的关键。
count = parties;
// 唤醒其他所有因为调用await方法而发生阻塞的线程
trip.signalAll();
}
5. 总结
当我们创建回环屏障对象时,传入的计数器值M,前M-1个线程调用await方法时,获得独占锁,串行话执行dowait方法,都将count递减1,并且将M-1个线程加入到trip的条件队列中去。当最后一个线程执行到await方法时,最终将count置为了0,同时唤醒trip条件队列中所有被阻塞的线程,使得所有的M个线程继续往下执行。
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