生产环境中，存在需要等待多个线程都达到某种状态后，才继续运行的情景。并发工具CyclicBarrier就能够完成这种功能。本篇从源码方面，简要分析CyclicBarrier的实现原理。
使用示例
public class CyclicBarrierTest {
public static void main(String[] args) {
//屏障，阻拦3个线程
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程1正在执行");
try {
// 等待
cyclicBarrier.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程1运行结束，时间： " + System.currentTimeMillis());
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程2正在执行");
try {
// 等待
cyclicBarrier.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程2运行结束，时间： " + System.currentTimeMillis());
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程3正在执行");
try {
//线程3阻塞2秒，测试效果
Thread.sleep(2000);
// 等待
cyclicBarrier.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程3运行结束，时间： " + System.currentTimeMillis());
}
}).start();
}
}
执行结果如下：
线程1正在执行 线程2正在执行 线程3正在执行 线程1运行结束，时间： 1550324116837 线程3运行结束，时间： 1550324116837 线程2运行结束，时间： 1550324116837
可以看到线程1，2，3在同一个时间结束。
源码分析
主要成员：
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private final Condition trip = lock.newCondition();
private int count;
CyclicBarrier主要借助重入锁ReentrantLock和Condition实现。count初始值等于CyclicBarrier实例化指明的等待线程数量，用于等待线程计数。
主要方法await()
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
return dowait(false, 0L);
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen
}
}
private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); // 1
try {
final Generation g = generation;
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
int index = --count; // 2
if (index == 0) { // 3
boolean ranAction = false;
try {
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
nextGeneration(); // 4
return 0;
} finally {
if (!ranAction)
breakBarrier(); // 5
}
}
// loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
for (;;) {
try {
if (!timed)
trip.await(); // 6
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(); // 7
}
}
- 对当前对象加锁
- 每个线程获得锁，执行这部分代码时，都把count - 1，记做index
- 如果index为0，执行第4步，代表CyclicBarrier屏障已经拦截了足够数量（count）的线程，线程可以接着往下执行了。不为0，说明当前线程还没有达到屏障CyclicBarrier拦截的数量，执行第6步
- 调用nextGeneration()方法，唤醒所有等待线程
- breakBarrier()确保一定能执行唤醒动作
- 调用Condition的await()方法，将当前线程放入等待队列，释放锁
- 一定执行的释放锁动作。
nextGeneration()的代码如下：
private void nextGeneration() {
// signal completion of last generation
trip.signalAll();
// set up next generation
count = parties;
generation = new Generation();
}
使用Condition的signalAll()方法，唤醒全部等待线程
说完CyclicBarrier的原理之后，再对本篇的使用示例做一下描述：
- 线程1开始执行，调用await()方法，获得锁。此时count为3，count--，故count为2，index为2，调用Condition.await()方法，线程1进入等待队列，释放锁
- 线程2开始执行，过程与第一步相同，只是count减为1
- 线程3开始执行，获得锁，count减为0，达到拦截数量，调用nextGeneration()方法唤醒全部线程，释放自己持有的锁
- 线程1，2都被唤醒，根据锁竞争结果，依次执行完await()方法，最后释放锁
- 3个线程再往下执行自己的run()方法