回环栅栏CyclicBarrier

2021-07-06 23:47:26

通过它可以实现让一组线程等待至某个状态之后再全部同时执行。叫做回环是因为当所有等待线程都被释放以后，CyclicBarrier可以被重用。我们暂且把这个状态就叫做barrier，当调用await()方法之后，线程就处于barrier了.

回环栅栏CyclicBarrier

CyclicBarrier类位于java.util.concurrent包下，CyclicBarrier提供2个构造器：

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public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
}
 
public CyclicBarrier(int parties) {
}

　　参数parties指让多少个线程或者任务等待至barrier状态；参数barrierAction为当这些线程都达到barrier状态时会执行的内容。

　　然后CyclicBarrier中最重要的方法就是await方法，它有2个重载版本：

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public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { };
public int await(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException { };

　　第一个版本比较常用，用来挂起当前线程，直至所有线程都到达barrier状态再同时执行后续任务；

　　第二个版本是让这些线程等待至一定的时间，如果还有线程没有到达barrier状态就直接让到达barrier的线程执行后续任务。

　　下面举几个例子就明白了：

　　假若有若干个线程都要进行写数据操作，并且只有所有线程都完成写数据操作之后，这些线程才能继续做后面的事情，此时就可以利用CyclicBarrier了：

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public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
        for(int i=0;i<N;i++)
            new Writer(barrier).start();
    }
    static class Writer extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                           //线程在这里等待，直到所有线程都到达barrier
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

　　执行结果：

回环栅栏CyclicBarrier
线程Thread-0正在写入数据...

线程Thread-3正在写入数据...

线程Thread-2正在写入数据...

线程Thread-1正在写入数据...

线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
回环栅栏CyclicBarrier

　　从上面输出结果可以看出，每个写入线程执行完写数据操作之后，就在等待其他线程写入操作完毕。

　　当所有线程线程写入操作完毕之后，所有线程就继续进行后续的操作了。

　　如果说想在所有线程写入操作完之后，进行额外的其他操作可以为CyclicBarrier提供Runnable参数：

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public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N,new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                           //当所有线程到达barrier时执行
                System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getName());   
            }
        });
         
        for(int i=0;i<N;i++)
            new Writer(barrier).start();
    }
    static class Writer extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                            //线程在这里等待，直到所有线程都到达barrier。
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

　　运行结果：

回环栅栏CyclicBarrier
线程Thread-0正在写入数据...

线程Thread-1正在写入数据...

线程Thread-2正在写入数据...

线程Thread-3正在写入数据...

线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

当前线程Thread-3

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
回环栅栏CyclicBarrier

　　从结果可以看出，当四个线程都到达barrier状态后，会从四个线程中选择一个线程去执行Runnable。

　　下面看一下为await指定时间的效果：

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public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
         
        for(int i=0;i<N;i++) {
            if(i<N-1)
                new Writer(barrier).start();
            else {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                new Writer(barrier).start();
            }
        }
    }
    static class Writer extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
                try {
                    cyclicBarrier.await(2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
                } catch (TimeoutException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

　　执行结果：

回环栅栏CyclicBarrier
线程Thread-0正在写入数据...

线程Thread-2正在写入数据...

线程Thread-1正在写入数据...

线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-3正在写入数据...

java.util.concurrent.TimeoutException

Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)

java.util.concurrent.BrokenBarrierException

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)

java.util.concurrent.BrokenBarrierException

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)

Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

java.util.concurrent.BrokenBarrierException

线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(Unknown Source)

    at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(Unknown Source)

    at com.cxh.test1.Test$Writer.run(Test.java:58)

Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
回环栅栏CyclicBarrier

　　上面的代码在main方法的for循环中，故意让最后一个线程启动延迟，因为在前面三个线程都达到barrier之后，等待了指定的时间发现第四个线程还没有达到barrier，就抛出异常并继续执行后面的任务。

　　另外CyclicBarrier是可以重用的，看下面这个例子：

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public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int N = 4;
        CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(N);
         
        for(int i=0;i<N;i++) {
            new Writer(barrier).start();
        }
         
        try {
            Thread.sleep(25000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         
        System.out.println("CyclicBarrier重用");
         
        for(int i=0;i<N;i++) {
            new Writer(barrier).start();
        }
    }
    static class Writer extends Thread{
        private CyclicBarrier cyclicBarrier;
        public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier) {
            this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在写入数据...");
            try {
                Thread.sleep(5000);      //以睡眠来模拟写入数据操作
                System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"写入数据完毕，等待其他线程写入完毕");
             
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(BrokenBarrierException e){
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"所有线程写入完毕，继续处理其他任务...");
        }
    }
}

　　执行结果：

回环栅栏CyclicBarrier
线程Thread-0正在写入数据...

线程Thread-1正在写入数据...

线程Thread-3正在写入数据...

线程Thread-2正在写入数据...

线程Thread-1写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-3写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-2写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-0写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

Thread-0所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-3所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-1所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-2所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

CyclicBarrier重用

线程Thread-4正在写入数据...

线程Thread-5正在写入数据...

线程Thread-6正在写入数据...

线程Thread-7正在写入数据...

线程Thread-7写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-5写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-6写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

线程Thread-4写入数据完毕，等待其他线程写入完毕

Thread-4所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-5所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-6所有线程写入完毕，继续处理其他任务...

Thread-7所有线程写入完毕，继续处理其他任务...
回环栅栏CyclicBarrier

　　从执行结果可以看出，在初次的4个线程越过barrier状态后，又可以用来进行新一轮的使用。而CountDownLatch无法进行重复使用。

回环栅栏CyclicBarrier
  1. CyclicBarrier初始化时规定一个数目，然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时，所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。
  2. CyclicBarrier就象它名字的意思一样，可看成是个障碍， 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。
  3. CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数， 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行。

其它论述请参考：http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-concurrency/cyclicbarrier.html

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