☕【Java深层系列】「并发编程系列」让我们一起探索一下CyclicBarrier的技术原理和源码分析

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CyclicBarrier和CountDownLatch

CyclicBarrier和CountDownLatch 都位于java.util.concurrent这个包下,其工作原理的核心要点:

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CyclicBarrier工作原理分析

那么接下来给大家分享分析一下JDK1.8的CyclicBarrier的工作原理。

简单认识CyclicBarrier 何为CyclicBarrier?

CyclicBarrier从英文字面上理解,循环栅栏,咋一看好像跟同步器没多大关系,而栅栏式一排排的阻拦着,好像也有点同步等待的意思;

CyclicBarrier是也一种同步帮助工具,允许多个线程相互等待,即多个线程到达同步点时被阻塞,直到最后一个线程到达同步点时栅栏才会被打开;

CyclicBarrier内部没有所谓的公平锁\非公平锁的静态内部类,只是利用了ReentrantLock(独占锁)、ConditionObject(条件对象)实现了线程之间相互等待的功能;

CyclicBarrier的state关键词

CyclicBarrier这个类没有真正的state关键词,它只有parties线程总数量,count还没有进入阻塞的线程数量;

CyclicBarrier的实现是间接利用了ReentrantLock(独占锁)的父类AQS的state变量值;

CountDownLatch,A、B、C组线程同时执行,A先执行完的话就在那里等着,等所有A、B、C线程中执行最久的线程执行完了才开始执行各自的事件;

常用重要的方法 // 创建给定数值的栅栏总数,也就是支持参与线程的最多数值 public CyclicBarrier(int parties) // 创建给定数值的栅栏总数,也就是支持参与线程的最多数值,且当最后一个线程执行完时会回调barrierAction方法 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) // 更新换代,改朝换代,触发唤醒所有在Lock对象上等待的线程,释放所有正在处于阻塞的线程 private void nextGeneration() // 打破平衡,并设置打破平衡的标志,然后再唤醒所有被阻塞的线程, private void breakBarrier() // 导致当前线程阻塞,直到其他线程调用trip.signal()或trip.signalAll()方法唤醒该线程 public int await() // 比await()多了两个参数,意思就是阻塞等待信号量的最大时长,等待的时间值为timeout,单位为unit; public int await(long timeout, TimeUnit unit) // 阻塞等待的核心方法,如果不需要超时等待信号量的话则nanos参数是没用的,否则就有用 private int dowait(boolean timed, long nanos) // 线程之间的等待,这样一个等待的平衡体系是否被打破 public boolean isBroken() // 重置为初始状态值,就像初始创建CyclicBarrier该实例对象一样,干干净净的初始状态值 public void reset() // 获取目前正在处于阻塞状态的线程数量值 public int getNumberWaiting() // 获取线程数量,也就是栅栏数量总数值 public int getParties() 设计与实现伪代码 等待被释放: public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) { throw new Error(toe); // cannot happen } } 阻塞等待的核心方法;

内部会调用trip.await()方法进入Condition等待阻塞队列;

一旦栅栏数量为零时则会逐个逐个将Condition等待的队列转移到CLH的等待阻塞队列;

所有线程被唤醒后然后等待dowait方法内部lock.unlock()一个个释放线程等待;

阻塞的最后一个线程还有机会执行构造方法传入的接口回调;

CyclicBarrier生活细节化理解

比如百米赛跑,我就以赛跑为例生活化阐述该CyclicBarrier原理,场景:百米赛跑十人参赛,终点处有一个裁判计数;

开跑一声枪响,十个人争先恐后的向终点跑去,真的是振奋多秒,令人振奋;

当一个人到达终点,这个人就完成了他的赛跑事情了,就没事一边玩去了,那么裁判则减去一个人;

随着人员陆陆续续的都跑到了终点,最后裁判计数显示还有0个人未到达,意思就是人员都达到了;

然后裁判就拿着登记的成绩屁颠屁颠去输入电脑登记了;

到此打止,这一系列的动作认为是A组线程等待另外其他组线程的操作,直到计数器为零,那么A则再干其他事情;

源码分析CyclicBarrier CyclicBarrier构造器 构造器源码

创建一个给定数值的栅栏总数,也就是支持参与线程的最多数值,但是构造方法二还可以通过传入接口回调,当最后一个阻塞的线程被释放后,它将有机会执行这个被传入的回调接口barrierAction;

/** * Creates a new {@code CyclicBarrier} that will trip when the * given number of parties (threads) are waiting upon it, and * does not perform a predefined action when the barrier is tripped. * * @param parties the number of threads that must invoke {@link #await} * before the barrier is tripped * @throws IllegalArgumentException if {@code parties} is less than 1 */ public CyclicBarrier(int parties) { this(parties, null); } /** * Creates a new {@code CyclicBarrier} that will trip when the * given number of parties (threads) are waiting upon it, and which * will execute the given barrier action when the barrier is tripped, * performed by the last thread entering the barrier. * * @param parties the number of threads that must invoke {@link #await} * before the barrier is tripped * @param barrierAction the command to execute when the barrier is * tripped, or {@code null} if there is no action * @throws IllegalArgumentException if {@code parties} is less than 1 */ public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.parties = parties; this.count = parties; this.barrierCommand = barrierAction; } await()

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