回环屏障CyclicBarrier
上一篇说的CountDownLatch是一个计数器,类似线程的join方法,但是有一个缺陷,就是当计数器的值到达0之后,再调用CountDownLatch的await和countDown方法就会立刻返回,就没有作用了,那么反正是一个计数器,为什么不能重复使用呢?于是就出现了这篇说的CyclicBarrier,它的状态可以被重用;
一.简单例子
用法其实和CountDownLatch差不多,也就是一个计数器,当计数器的值变为0之后,就会把阻塞的线程唤醒:
package com.example.demo.study; import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors; public class Study0216 {
// 注意这里的构造器,第一个参数表示计数器初始值
// 第二个参数表示当计数器的值变为0的时候就触发的任务
static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, () -> {
System.out.println("cyclicBarrier task ");
}); public static void main(String[] args) {
// 新建两个线程的线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 线程1放入线程池中
pool.submit(() -> {
try {
System.out.println("Thread1----await-begin");
cyclicBarrier.await();
System.out.println("Thread1----await-end");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
// 线程2放到线程池中
pool.submit(() -> {
try {
System.out.println("Thread2----await-begin");
cyclicBarrier.await();
System.out.println("Thread2----await-end");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
// 关闭线程池,此时还在执行的任务会继续执行
pool.shutdown();
}
}
我们再看看CyclicBarrier的复用性,这里比如有一个任务,有三部分组成,分别是A,B,C,然后创建两个线程去执行这个任务,必须要等到两个线程都执行完成A部分,然后才能开始执行B,只有两个线程都执行完成B部分,才能执行C:
package com.example.demo.study; import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors; public class Study0216 {
// 这里的构造器,只有一个参数,表示计数器初始值
static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2); public static void main(String[] args) {
// 新建两个线程的线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 线程1放入线程池中
pool.submit(() -> {
try {
System.out.println("Thread1----stepA-start");
cyclicBarrier.await(); System.out.println("Thread1----stepB-start");
cyclicBarrier.await(); System.out.println("Thread1----stepC-start"); } catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
// 线程2放到线程池中
pool.submit(() -> {
try {
System.out.println("Thread2----stepA-start");
cyclicBarrier.await(); System.out.println("Thread2----stepB-start");
cyclicBarrier.await(); System.out.println("Thread2----stepC-start");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
});
// 关闭线程池,此时还在执行的任务会继续执行
pool.shutdown();
}
}
二.基本原理
我们看看一些重要属性:
public class CyclicBarrier {
//这个内部类只有一个boolean值
private static class Generation {
boolean broken = false;
} //独占锁
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
//条件变量
private final Condition trip = lock.newCondition();
//保存线程的总数
private final int parties;
//这是一个任务,通过构造器传递一个任务,当计数器变为0之后,就可以执行这个任务
private final Runnable barrierCommand;
//这类内部之后一个boolean的值,表示屏障是否被打破
private Generation generation = new Generation();
//计数器
private int count;
}
构造器:
//我们的构造器初始值设置的是parties
public CyclicBarrier(int parties) {
this(parties, null);
}
//注意,这里开始的时候是count等于parties
//为什么要有两个变量呢?我们每次调用await方法的时候count减一,当count的值变为0之后,怎么又还原成初始值呢?
//直接就把parties的值赋值给count就行了呀,简单吧!
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}
然后再看看await方法:
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
//调用的是dowait方法
return dowait(false, 0L);
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen
}
} //假设count等于3,有三个线程都在调用这个方法,默认超时时间为0,那么首每次都只有一个线程可以获取锁,将count减一,不为0
//就会到下面的for循环中扔到条件队列中挂起;直到第三个线程调用这个dowait方法,count减一等于0,那么当前线程执行任务之后,
//就会唤醒条件变量中阻塞的线程,并重置count为初始值3
private int dowait(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException {
//获取锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//g中只有一个boolean值
final Generation g = generation;
//如果g中的值为true的时候,抛错
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
//如果当前线程中断,就抛错
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
//count减一,再赋值给index
int index = --count;
//如果index等于0的时候,说明所有的线程已经到屏障点了,就可以
if (index == 0) { // tripped
boolean ranAction = false;
try {
//执行当前线程的任务
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
//唤醒其他因为调用了await方法阻塞的线程
nextGeneration();
return 0;
} finally {
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
//能到这里来,说明是count不等于0,也就是还有的线程没有到屏障点
for (;;) {
try {
//wait方法有两种情况,一种是设置超时时间,一种是不设置超时时间
//这里就是对超时时间进行的一个判断,如果设置的超时时间为0,则会在条件队列中无限的等待下去,直到被唤醒
//设置了超时时间,那就等待该时间
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; if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
} //唤醒其他因为调用了await方法阻塞的线程
private void nextGeneration() {
//唤醒条件变量中所有线程
trip.signalAll();
//重置count的值
count = parties;
generation = new Generation();
} private void breakBarrier() {
generation.broken = true;
//重置count为初始值parties
count = parties;
//唤醒条件队列中的所有线程
trip.signalAll();
}
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