并发王者课 - 铂金 8：峡谷幽会 - 看 CyclicBarrier 如何跨越重峦叠嶂

关注

发布于: 22 小时前

欢迎来到《并发王者课》，本文是该系列文章中的第 21 篇，铂金中的第 8 篇。

在上一篇文章中，我们介绍了 CountDownLatch 的用法。在协调多线程的开始和结束时，CountDownLatch 是个非常不错的选择。而本文即将给你介绍的 CyclicBarrier 则更加有趣，它在能力上和 CountDownLatch 既有相似之处，又有着明显的不同，值得你一览究竟。本文会先从场景上带你理解问题，再去理解 CyclicBarrier 提供的方案。

一、CyclicBarrier 初体验

1. 峡谷森林里的爱情

在峡谷的江湖中，不仅有生杀予夺和刀光剑影，还有着美妙的爱情故事。

峡谷战神铠曾经在危急关头救了大乔，这一出英雄救美让他们擦除了爱情的火花，有事没事两人就在峡谷中的各个角落幽会。其中，峡谷森林就是他们常去的地方，谁先到就等另一个，两人都到齐后，再一起玩耍。

这里头，有两个重点。一是他们要相互等待，二是都到齐后再玩耍。现在，我们试想一下，如果用代码来模拟这个场景的话，你打算怎么做。有的同学可能会说，两个人（线程）的等待很好处理。可是，如果是三人呢？

所以，这个场景问题可以概括为：多个线程相互等待，到齐后再执行特定动作。

接下来，我们就通过 CyclicBarrier 来模拟解决这个场景的问题，直观感受 CyclicBarrier 的用法。

在下面这段代码中，我们定义了一个幽会地点（appointmentPlace），以及大乔和铠这两个主人公。在他们都达到幽会地点后，我们输出一句包含三朵玫瑰🌹🌹🌹的话来予以确认，给他们送上祝福。

 private static String appointmentPlace = "峡谷森林";
 public static void main(String[] args) {   CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, () -> print("🌹🌹🌹到达约会地点：大乔和铠都来到了👉" + appointmentPlace));   Thread 大乔 = newThread("大乔", () -> {     say("铠，你在哪里...");     try {       cyclicBarrier.await(); //到达幽会地点       say("铠，你终于来了...");     } catch (Exception e) {       e.printStackTrace();     }   });
   Thread 铠 = newThread("铠", () -> {     try {       Thread.sleep(500); //铠打野中       say("我打个野，马上就到!");       cyclicBarrier.await(); //到达幽会地点       say("乔，不好意思，刚打野遇上兰陵王了，你还好吗？！");     } catch (Exception e) {       e.printStackTrace();     }   });
   大乔.start();   铠.start(); }

复制代码

输出结果如下：

大乔:铠，你在哪里...铠:我打个野，马上就到!🌹🌹🌹到达约会地点：大乔和铠都来到了👉峡谷森林铠:乔，不好意思，刚打野遇上兰陵王了，你还好吗？！大乔:铠，你终于来了...
Process finished with exit code 0

复制代码

对于代码的细节暂且不必深究，本文后面对 CyclicBarrier 的内部细节会有详解，先感受它的基本用法。

从结果中可以看到，CyclicBarrier 可以像 CountDownLatch 一样，协调多线程的执行结束动作，在它们都结束后执行特定动作。从这点上来说，这是 CyclicBarrier 与 CountDownLatch 相似之处。然而，接下来的这个场景，所体现的则是它们一个明显的不同之处。

2. 小河边的幽会

在上面的场景中，铠已经提到他在打野时遇到了兰陵王。而在铠与大乔的约会中，兰陵王竟然又撞见了他们，真是冤家路窄。于是，在兰陵王的搅局下，铠和大乔不得不转移阵地，他们同样约定到新的约定地点后等待对方。（铠一直以为兰陵王也喜欢大乔，要和他横刀夺爱，其实兰陵王在乎的只是铠打了它的野，他的心里只有野怪，对任何女人毫无兴趣）。

此时，如果继续用代码模拟这一场景的话，那么 CountDownLatch 就无能为力了，因为 CountDownLatch 的使用是一次性的，无法重复利用。而此时，你就会发现 CyclicBarrier 的神奇之处，它竟然可以重复利用。似乎，你可能已经大概明白它为什么叫 Cyclic 的原因了。

接下来，我们再走一段代码，模拟大乔和铠的第二次幽会。在代码中，我们仍然定义幽会地点、大乔和铠两个主人公。但是与此前不同的是，我们还增加了兰陵王这个搅局者，以及中途变更了幽会地点。

private static String appointmentPlace = "峡谷森林";
public static void main(String[] args) {  CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, () -> System.out.println("🌹🌹🌹到达约会地点：大乔和铠都来到了👉" + appointmentPlace));  Thread 大乔 = newThread("大乔", () -> {    say("铠，你在哪里...");    try {      cyclicBarrier.await();      say("铠，你终于来了...");      Thread.sleep(2600); //约会中...      say("好的，你要小心！");      cyclicBarrier.await(); // 注意这里是第二次调用await      Thread.sleep(100);      say("真好！");    } catch (Exception e) {      e.printStackTrace();    }  });
  Thread 铠 = newThread("铠", () -> {    try {      Thread.sleep(500); //铠打野中      say("我打个野，马上就到!");      cyclicBarrier.await(); //到达幽会地点      say("乔，不好意思，刚打野遇上兰陵王了，你还好吗？！");      Thread.sleep(1500); //幽会中...
      note("幽会中...\n");
      Thread.sleep(1000); //幽会中...      say("这个该死的兰陵王！乔，你先走，小河边见！"); //铠突然看到了兰陵王      appointmentPlace = "小河边"; // 铠把地点改成了小河边
      Thread.sleep(1500); //和兰陵王对决中...      note("︎\uD83D\uDDE1\uD83D\uDD2A铠和兰陵王决战开始，最终铠杀死了兰陵王，并前往小河边...\n");      cyclicBarrier.await(); // 杀了兰陵王后，铠到了小河边 ！！！注意这里是第二次调用await
      say("乔，我已经解决了兰陵王，你看今晚夜色多美，我陪你看星星到天明...");    } catch (Exception ignored) {}  });
  Thread 兰陵王 = newThread("兰陵王", () -> {    try {      Thread.sleep(2500);      note("兰陵王出场...");      say("铠打了我的野，不杀他誓不罢休！");
      say("铠，原来你和大乔在这里！\uD83D\uDDE1️\uD83D\uDDE1️");    } catch (Exception ignored) {}  });
  兰陵王.start();  大乔.start();  铠.start();}

复制代码

输出结果如下所示。铠峡谷森林的好事被兰陵王搅局后，铠怒火中烧，让大乔先走，并约定在小河边碰面。随后，铠斩杀了兰陵王（可怜的钢铁直男），并前往小河边，完成他和大乔的第二次幽会。

大乔:铠，你在哪里...铠:我打个野，马上就到!🌹🌹🌹到达约会地点：大乔和铠都来到了👉峡谷森林铠:乔，不好意思，刚打野遇上兰陵王了，你还好吗？！大乔:铠，你终于来了...幽会中...
兰陵王出场...兰陵王:铠打了我的野，不杀他誓不罢休！兰陵王:铠，原来你和大乔在这里！🗡️🗡️铠:这个该死的兰陵王！乔，你先走，小河边见！大乔:好的，你要小心！︎🗡🔪铠和兰陵王决战开始，最终铠杀死了兰陵王，并前往小河边...
🌹🌹🌹到达约会地点：大乔和铠都来到了👉小河边铠:乔，我已经解决了兰陵王，你看今晚夜色多美，我陪你看星星到天明...大乔:真好！
Process finished with exit code 0

复制代码

同样的，你暂时不要理会代码的细节，但是你要注意到其中铠和大乔对await()的两次调用。在你没有理解它的原理之前，可能会惊讶于它的神奇，这是正常现象。

二、CyclicBarrier 是如何实现的

CyclicBarrier 是 Java 中提供的一个线程同步工具，与 CountDownLatch 相似，但又并不完全相同，最核心的区别在于 CyclicBarrier 是可以循环使用的，这一点在它的名字中也已经有所体现。

接下来，我们来分析下它具体的源码实现。

1. 核心数据结构

private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock()：进入屏障的锁，只有一把；
private final Condition trip = lock.newCondition()：和上面的 lock 配套使用；
private final int parties：参与方的数量，本文上述的例子只有铠和大乔，所以数量是 2；
private final Runnable barrierCommand：在本轮结束时运行的特定代码。本文上述例子用到了它，可以上翻查看；
private Generation generation = new Generation()：当前屏障的代次。比如本文上述的两个场景中，generation 是不同的，在铠和大乔将幽会地点改成小河边后，会生成新的 generation；
private int count：正在等待的参与方数量。在每个代次中，count 会从最初的参与数量（即 parties）将至 0，到 0 时本代次结束，而在新的代次或本代次被拆除（broken）时，count 的值会恢复为 parties 的值。

2. 核心构造

public CyclicBarrier(int parties)：指定参与方的数量；
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)：指定参与方的数量，并指定在本代次结束时运行的代码。

3. 核心方法

public int await()：如果当前线程不是第一个到达屏障的话，它将会进入等待，直到其他线程都到达，除非发生被中断、屏障被拆除、屏障被重设等情况；
public int await(long timeout, TimeUnit unit)：和 await()类似，但是加上了时间限制；
public boolean isBroken()：当前屏障是否被拆除；
public void reset()：重设当前屏障。会先拆除屏障再设置新的屏障；
public int getNumberWaiting()：正在等待的线程数量。

在 CyclicBarrier 的各方法中，最为核心的就是dowait()，两个await()的内部都是调用这个方法。所以，理解了dowait()，基本上就理解了 CyclicBarrier 的实现关键。

dowait()方法略长，稍微需要点耐心，我已经对其中部分做了注释。当然，如果你想看源码的话，还是建议直接从 JDK 中看它的全部，这里的源码只是为了辅助你理解上下文。

private int dowait(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException, BrokenBarrierException,TimeoutException {    final ReentrantLock lock = this.lock;    lock.lock(); // 注意，这里是一定要加锁的    try {        final Generation g = generation;
        if (g.broken) // 如果当前屏障被拆除，则抛出异常            throw new BrokenBarrierException();
        if (Thread.interrupted()) {             breakBarrier(); // 如果当前线程被中断，则拆除屏障并抛出异常            throw new InterruptedException();        }
        int index = --count; // 当线程调用await后，count减1        if (index == 0) { // tripped // 如果count为0，接下来将尝试结束屏障，并开启新的屏障            boolean ranAction = false;            try {                final Runnable command = barrierCommand;                if (command != null)                    command.run();                ranAction = true;                nextGeneration();                return 0;            } finally {                if (!ranAction)                    breakBarrier();            }        }
        // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out        for (;;) {            try {                if (!timed)                    trip.await();                else if (nanos > 0 L)                    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 <= 0 L) {                breakBarrier();                throw new TimeoutException();            }        }    } finally {        lock.unlock();    }}

复制代码

对于 CyclicBarrier 的核心数据结构、构造和方法，都在上面，它们很重要。但是，更为重要的是，要理解 CyclicBarrier 的思想，也就是下面这幅值得你收藏的图。理解了这幅图，也就理解了 CyclicBarrier.

此时，从这幅图再回头看第一节的两个场景，铠和大乔先后在峡谷森林、小河边两个地点幽会。那么，如果也用一幅图来表示的话，它应该是下面这样：

三、CyclicBarrier 与 CountDownLatch 有何不同

前面两节已经提到了两者的核心不同：

CountDownLatch 是一次性的，而 CyclicBarrier 则可以多次设置屏障，实现重复利用；
CountDownLatch 中的各个子线程不可以等待其他线程，只能完成自己的任务；而 CyclicBarrier 中的各个线程可以等待其他线程。

除此之外，它们俩还有着一些其他的不同，整体汇总后如下面的表格所示：

小结

以上就是关于 CyclicBarrier 的全部内容。在学习 CyclicBarrier 时，要侧重理解它所要解决的问题场景，以及它与 CountDownLatch 的不同，然后再去看源码，这也是为什么我们没有上来就放源码而是绕弯讲了个故事的原因，虽然那个故事挺“狗血”。当然，如果这个狗血的故事能让你记住这个知识点，狗血也值得了。

正文到此结束，恭喜你又上了一颗星✨

夫子的试炼

编写代码体验 CyclicBarrier 用法。

延伸阅读与参考资料

《并发王者课》大纲与更新进度总览

关于作者

关注【技术八点半】，及时获取文章更新。传递有品质的技术文章，记录平凡人的成长故事，偶尔也聊聊生活和理想。早晨 8：30 推送作者品质原创，晚上 20：30 推送行业深度好文。

如果本文对你有帮助，欢迎点赞、关注、监督，我们一起从青铜到王者。

发布于: 22 小时前阅读数: 9

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/6d8cf6c841d03e31a92a145d2】。文章转载请联系作者。

技术八点半

关注

微信公众号：【技术八点半】 2018.05.13 加入

关注公众号【技术八点半】，及时获取文章更新。传递有品质的技术文章，记录平凡人的成长故事，偶尔也聊聊生活和理想。早晨8：30推送作者品质原创，晚上20：30推送行业深度好文。

发布

暂无评论

创作场景

并发王者课 - 铂金 8：峡谷幽会 - 看 CyclicBarrier 如何跨越重峦叠嶂

一、CyclicBarrier 初体验

二、CyclicBarrier 是如何实现的

三、CyclicBarrier 与 CountDownLatch 有何不同

小结

技术八点半

评论