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上一篇咱講了 CountDownLatch 可以解決多個(gè)線程同步的問題，相比于 join 來說它的應(yīng)用范圍更廣，不僅可以應(yīng)用在線程上，還可以應(yīng)用在線程池上。然而 CountDownLatch 卻是一次性的計(jì)數(shù)器，以王者農(nóng)藥來說，咱們不可能一場(chǎng)團(tuán)戰(zhàn)就決定比賽的輸贏，所以在某些場(chǎng)景下，咱們是需要重復(fù)使用某個(gè)等待功能的，這就是我們今天要介紹的另一個(gè)主角——CyclicBarrier。

CyclicBarrier

CyclicBarrier 翻譯為中文是循環(huán)(Cyclic)柵欄(Barrier)的意思，它的大概含義是實(shí)現(xiàn)一個(gè)可循環(huán)利用的屏障。

CyclicBarrier 作用是讓一組線程相互等待，當(dāng)達(dá)到一個(gè)共同點(diǎn)時(shí)，所有之前等待的線程再繼續(xù)執(zhí)行，且 CyclicBarrier 功能可重復(fù)使用。 

舉個(gè)栗子

比如磊哥要坐班車回老家，因?yàn)橹型静辉试S上、下乘客，所以營(yíng)運(yùn)的公司為了收益最大化，就會(huì)等人滿之后再發(fā)車。像這種等人坐滿就發(fā)一班車的場(chǎng)景，就是 CyclicBarrier 所擅長(zhǎng)的，因?yàn)樗梢灾貜?fù)使用(不像 CountDownLatch 那樣只能用一次)。

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CyclicBarrier VS CountDownLatch

CountDownLatch：一個(gè)或者多個(gè)線程，等待另外 N 個(gè)線程完成某個(gè)事情之后才能執(zhí)行。

CountDownLatch 就像玩王者農(nóng)藥開局的加載一樣，所有人要等待其他人都加載 100% 之后才能開始游戲。

CyclicBrrier：N 個(gè)線程相互等待，直到有足夠數(shù)量的線程都到達(dá)屏障點(diǎn)之后，之前等待的線程就可以繼續(xù)執(zhí)行了。

CyclicBrrier 就像老司機(jī)開車一樣，如果車上還有空余的座位，那么所有人都得等著，直到座位被坐滿之后，老司機(jī)才會(huì)發(fā)車。

CyclicBarrier使用

import java.util.Date; 
import java.util.Random; 
import java.util.concurrent.*; 
 
public class CyclicBarrierExample { 
    public static void main(String[] args) { 
        // 創(chuàng)建 CyclicBarrier 
        final CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                System.out.println("人滿了，準(zhǔn)備發(fā)車：" + new Date()); 
            } 
        }); 
         
        // 線程調(diào)用的任務(wù) 
        Runnable runnable = new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                // 生成隨機(jī)數(shù) 1-3 
                int randomNumber = new Random().nextInt(3) + 1; 
                // 進(jìn)入任務(wù) 
                System.out.println(String.format("我是：%s 再走：%d 秒就到車站了，現(xiàn)在時(shí)間：%s", 
                        Thread.currentThread().getName(), randomNumber, new Date())); 
                try { 
                    // 模擬執(zhí)行 
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(randomNumber); 
                    // 調(diào)用 CyclicBarrier 
                    cyclicBarrier.await(); 
                    // 任務(wù)執(zhí)行 
                    System.out.println(String.format("線程：%s 上車，時(shí)間：%s", 
                            Thread.currentThread().getName(), new Date())); 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } catch (BrokenBarrierException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
        }; 
 
        // 創(chuàng)建線程池 
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10); 
        // 執(zhí)行任務(wù) 1 
        threadPool.submit(runnable); 
        // 執(zhí)行任務(wù) 2 
        threadPool.submit(runnable); 
        // 執(zhí)行任務(wù) 3 
        threadPool.submit(runnable); 
        // 執(zhí)行任務(wù) 4 
        threadPool.submit(runnable); 
 
        // 等待所有任務(wù)執(zhí)行完終止線程池 
        threadPool.shutdown(); 
    } 
} 

以上代碼執(zhí)行結(jié)果如下：

從上述結(jié)果可以看出：當(dāng) CyclicBarrier 的計(jì)數(shù)器設(shè)置為 2 時(shí)，線程 2 和 線程 3 都到屏障點(diǎn)之后，老司機(jī)才會(huì)發(fā)第一波車，再 2s 之后，線程 1 和線程 4 也同時(shí)進(jìn)入了屏障點(diǎn)，這時(shí)候老司機(jī)又可以再發(fā)一波車了。

實(shí)現(xiàn)原理

我們先來看下 CyclicBarrier 的類圖：

由上圖可知 CyclicBarrier 是基于獨(dú)占鎖 ReentrantLock 實(shí)現(xiàn)的，其底層也是基于 AQS 的。

在 CyclicBarrier 類的內(nèi)部有一個(gè)計(jì)數(shù)器 count，當(dāng) count 不為 0 時(shí)，每個(gè)線程在到達(dá)屏障點(diǎn)會(huì)先調(diào)用 await 方法將自己阻塞，此時(shí)計(jì)數(shù)器會(huì)減 1，直到計(jì)數(shù)器減為 0 的時(shí)候，所有因調(diào)用 await 方法而被阻塞的線程就會(huì)被喚醒繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng) count 計(jì)數(shù)器變成 0 之后，就會(huì)進(jìn)入下一輪阻塞，此時(shí) parties(parties 是在 new CyclicBarrier(parties) 時(shí)設(shè)置的值)會(huì)將它的值賦值給 count 從而實(shí)現(xiàn)復(fù)用。

常用方法

CyclicBarrier(parties)：初始化相互等待的線程數(shù)量的構(gòu)造方法。

CyclicBarrier(parties,Runnable barrierAction)：初始化相互等待的線程數(shù)量以及屏障線程的構(gòu)造方法，當(dāng) CyclicBarrier 的計(jì)數(shù)器變?yōu)?0 時(shí)，會(huì)執(zhí)行 barrierAction 構(gòu)造方法。

getParties()：獲取 CyclicBarrier 打開屏障的線程數(shù)量，也稱為方數(shù)。

getNumberWaiting()：獲取正在CyclicBarrier上等待的線程數(shù)量。

await()：在 CyclicBarrier 上進(jìn)行阻塞等待，直到發(fā)生以下情形之一：在 CyclicBarrier 上等待的線程數(shù)量達(dá)到 parties，則所有線程被釋放，繼續(xù)執(zhí)行;

• 當(dāng)前線程被中斷，則拋出 InterruptedException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行;
• 其他等待的線程被中斷，則當(dāng)前線程拋出 BrokenBarrierException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行;
• 其他等待的線程超時(shí)，則當(dāng)前線程拋出 BrokenBarrierException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行;
• 其他線程調(diào)用 CyclicBarrier.reset() 方法，則當(dāng)前線程拋出 BrokenBarrierException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行。

await(timeout,TimeUnit)：在CyclicBarrier上進(jìn)行限時(shí)的阻塞等待，直到發(fā)生以下情形之一：

• 在 CyclicBarrier 上等待的線程數(shù)量達(dá)到 parties，則所有線程被釋放，繼續(xù)執(zhí)行;
• 當(dāng)前線程被中斷，則拋出 InterruptedException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行;
• 當(dāng)前線程等待超時(shí)，則拋出 TimeoutException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行;
• 其他等待的線程被中斷，則當(dāng)前線程拋出 BrokenBarrierException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行;
• 其他等待的線程超時(shí)，則當(dāng)前線程拋出 BrokenBarrierException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行;
• 其他線程調(diào)用 CyclicBarrier.reset() 方法，則當(dāng)前線程拋出 BrokenBarrierException 異常，并停止等待，繼續(xù)執(zhí)行。

isBroken()：獲取是否破損標(biāo)志位 broken 的值，此值有以下幾種情況：

• CyclicBarrier 初始化時(shí)，broken=false，表示屏障未破損;
• 如果正在等待的線程被中斷，則 broken=true，表示屏障破損;
• 如果正在等待的線程超時(shí)，則 broken=true，表示屏障破損;
• 如果有線程調(diào)用 CyclicBarrier.reset() 方法，則 broken=false，表示屏障回到未破損狀態(tài)。

reset()：使得CyclicBarrier回歸初始狀態(tài)，直觀來看它做了兩件事：

• 如果有正在等待的線程，則會(huì)拋出 BrokenBarrierException 異常，且這些線程停止等待，繼續(xù)執(zhí)行。
• 將是否破損標(biāo)志位 broken 置為 false。

總結(jié)

CyclicBrrier 是通過獨(dú)占鎖 ReentrantLock 實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的原子性更新的，CyclicBrrier 最常用的是 await() 方法，使用此方法會(huì)將計(jì)數(shù)器 -1，并判斷當(dāng)前的計(jì)數(shù)器是否為 0，如果不為 0 就會(huì)阻塞等待，并計(jì)時(shí)器為 0 之后，才能繼續(xù)執(zhí)行剩余任務(wù)。CyclicBrrier 相比于 CountDownLatch 來說，它的優(yōu)勢(shì)在于可以重復(fù)使用。

參考 & 鳴謝

• blog.csdn.net/qq_39241239/article/details/87030142
• blog.csdn.net/zzg1229059735/article/details/61191679
• www.cnblogs.com/yaochunhui/p/13494689.html