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Java 并发基础(四):再谈 CyclicBarrier

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看山
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发布于: 2021 年 04 月 05 日
Java 并发基础(四):再谈 CyclicBarrier

你好,我是看山。


java.util.concurrent.CyclicBarrier 也是 JDK 1.5 提供的一个同步辅助类(为什么用也呢?参见 再谈 CountDownLatch),它允许一组线程互相等待,直到到达某个临界点(a common barrier point,翻译成公共障碍点、公共栅栏点都不够传神,直接用临界点吧)。在某个程序中,一组固定大小的线程必须互相等待时,CyclicBarrier 将起很大的作用。因为在等待线程被释放后,这个临界点可以重用,所以说是循环的。


CyclicBarrier 支持一个可选的 Runnable,在一组线程中的最后一个线程完成之后、释放所有线程之前,该 Runnable 在屏障点运行一次(每循环一次 Runnable 运行一次)。这种方式可以用来在下一波继续运行的线程运行之前更新共享状态(比如下一波僵尸来之前,检查武器弹药)。

CountDownLatch 与 CyclicBarrier

CountDownLatch 是不能够重复使用的,是一次性的,其锁定一经打开,就不能够在重复使用。就像引线,点燃后就在燃烧减少,燃烧完了就不能再次使用了。CyclicBarrier 是一种循环的方式进行锁定,这次锁定被打开之后,还能够重复计数,再次使用。就像沙漏,这次漏完了,倒过来接着漏。


还有一点是两者之间很大的区别,就是 CountDownLatch 在等待子线程的过程中,会锁定主线程,而 CyclicBarrier 不会锁定主线程,只是在所有子线程结束后,根据定义执行其可选的 Runnable 线程。


所以在这两种辅助类中进行选择时,能够很明显进行区分。

CyclicBarrier 实例

可以考虑这么一种情况,我们需要向数据库导入一些数据,没导入几条希望能进行一次计时,便于我们查看。因为实现比较简单,直接上代码:


import java.util.Random;import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;import java.util.concurrent.CountDownLatch;import java.util.concurrent.CyclicBarrier;import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CyclicBarrierTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final long start = System.currentTimeMillis(); final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, new Runnable() { @Override public void run() { long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("导入" + 3 + "条数据,至此总共用时:" + (end - start) + "毫秒"); } });
for (int i = 0; i < 9; i++) { final int threadID = i + 1; new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));// 模拟业务操作 System.out.println(threadID + "完成导入操作。"); barrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } } }).start(); } System.out.println("====主线程结束===="); }}
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执行结果为:


====主线程结束====4 完成导入操作。2 完成导入操作。1 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:4006 毫秒5 完成导入操作。6 完成导入操作。8 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:4007 毫秒3 完成导入操作。0 完成导入操作。7 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:8006 毫秒
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程序没导入 3 条会进行一次计时,统计已经执行的时间。如果 CyclicBarrier 构造函数的数字和 for 循环的次数相等的话,这个就是总共用时。

扩展

考虑一下上面的例子,如果 for 循环的次数不是 CyclicBarrier 监听次数的整数倍,比如是 10,那执行结果将会是:


====主线程结束====2 完成导入操作。5 完成导入操作。4 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:4005 毫秒8 完成导入操作。1 完成导入操作。3 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:5005 毫秒7 完成导入操作。6 完成导入操作。0 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:8005 毫秒9 完成导入操作。
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在打印完“9 完成导入操作。”之后,将一直等待。在这里可以通过 barrier.getNumberWaiting() 查看还差多少个线程达到屏障点。如果出现这种情况,那就需要和 CountDownLatch 配合使用了,当子线程全部执行完,有判断 barrier.getNumberWaiting() 不等于 0,则调用 barrier.reset() 重置。这个时候将会触发 BrokenBarrierException 异常,但是将结束整个过程。


修改的代码如下:


import java.util.Random;import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;import java.util.concurrent.CountDownLatch;import java.util.concurrent.CyclicBarrier;import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CyclicBarrierTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final long start = System.currentTimeMillis(); final CountDownLatch count = new CountDownLatch(10); final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, new Runnable() { @Override public void run() { long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("导入" + 3 + "条数据,至此总共用时:" + (end - start) + "毫秒"); } });
for (int i = 0; i < 10; i++) { final int threadID = i + 1; new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));// 模拟业务操作 System.out.println(threadID + "完成导入操作。"); count.countDown(); barrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { System.out.println("触发 BrokenBarrierException 异常。"); } } }).start(); } count.await(); if(barrier.getNumberWaiting() != 0) { System.out.println("不是整数倍。都已执行完,重置 CyclicBarrier。"); barrier.reset(); }
System.out.println("====主线程结束===="); }}
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执行结果为:


3 完成导入操作。9 完成导入操作。6 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:3005 毫秒8 完成导入操作。5 完成导入操作。10 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:7005 毫秒1 完成导入操作。7 完成导入操作。4 完成导入操作。2 完成导入操作。导入 3 条数据,至此总共用时:9005 毫秒不是整数倍。都已执行完,重置 CyclicBarrier。====主线程结束====触发 BrokenBarrierException 异常。
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使用 barrier.reset() 进行重置,因为 CyclicBarrier 是一个循环,开头就是结尾,所以重置也可以理解为直接完成。


另外,因为使用了 CountDownLatch,所以主线程会锁定,直到线程通过 count.await() 向下执行。




你好,我是看山,公众号:看山的小屋,10 年老猿,Apache Storm、WxJava、Cynomys 开源贡献者。游于码界,戏享人生。


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