CyclicBarrier详解(cyclicbarrier countdownlatch)
toyiye 2024-09-12 21:00 5 浏览 0 评论
一、简介
CyclicBarrier也称同步屏障,JDK1.5引入的,他可以让一组线程达到一个屏障时被阻塞,直到最后一个线程达到屏障时所有被阻塞的线程才能继续执行。
通俗的解释:有5个线程再跑,都将执行了CyclicBarrier的await()方法,那么只有这五个都执行了await()方法后才会被叫醒,前四个执行完了,那就阻塞吧,只有最后一个也执行到了await()方法后才会叫醒全部执行await()方法的线程。
二、大致原理
- 每当线程执行await,内部变量count减1,如果count!= 0,说明有线程还未到屏障处,则在锁条件变量trip上等待。
- 当count == 0时,说明所有线程都已经到屏障处,执行条件变量的signalAll方法唤醒等待的线程。
三、Demo
1、需求
模拟马拉松跑步,需要等所有选手都准备好后才开始跑。
2、源码
参赛者
package com.ctw.demo1; import java.util.Random; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * @author chentongwei@baidu-mgame.com 2018-12-10 18:00:58 * @Desc 参赛者 */ public class Athlete implements Runnable { private CyclicBarrier cyclicBarrier; private String name; public Athlete(CyclicBarrier cyclicBarrier, String name) { this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; this.name = name; } @Override public void run() { // 模拟每个人的准备时间不一样,这样运行程序更有效果 long duration = (long) (Math.random() * 10); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(duration); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(name + "准备好了"); try { cyclicBarrier.await(); Random random = new Random(); double time = random.nextDouble() + 9; System.out.println(name + ":" + time); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } } }
测试类
package com.ctw.demo1; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.Executor; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; /** * @author chentongwei@baidu-mgame.com 2018-12-10 18:03:18 * @Desc 跑道类 */ public class Race { private CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(8); public void start() { List<Athlete> athleteList = new ArrayList<>(); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"博尔特")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"鲍威尔")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"盖伊")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"布雷克")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"加特林")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"苏炳添")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"路人甲")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"路人乙")); Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(8); for (Athlete athlete : athleteList) { executor.execute(athlete); } ((ExecutorService) executor).shutdown(); } public static void main(String[] args) { Race race = new Race(); race.start(); } }
3、输出结果
博尔特准备好了 加特林准备好了 布雷克准备好了 路人甲准备好了 路人乙准备好了 盖伊准备好了 鲍威尔准备好了 苏炳添准备好了 加特林:9.896545242599997 鲍威尔:9.139744412513322 苏炳添:9.754151670916329 盖伊:9.260638824200594 路人甲:9.858678851192678 博尔特:9.682548875445868 路人乙:9.049861605443574 布雷克:9.242485121681604
4、结果分析
- 第一个人准备好了,进入await阻塞,count-1
- ...
- 到最后一个人准备好了并进入await阻塞的时候,count为0。唤醒所有WATING状态的线程。
- 输出比赛成绩
四、Demo2
1、需求
模拟马拉松跑步,需要等所有选手都准备好后,这时候裁判开始吹哨,吹完哨才开始跑。
这时候就需要用CyclicBarrier的两个参数的构造器,第二个参数是一个Runnable接口,代表着等人都准备好后优先执行Runnable接口,在开始让其他线程竞争执行。
2、源码
很简单,其他不动。只需要新增一个吹哨Runnable即可
package com.ctw.demo1; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.Executor; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; /** * @author chentongwei@baidu-mgame.com 2018-12-10 18:03:18 * @Desc 跑道类 */ public class Race { private CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(8, new A()); public void start() { List<Athlete> athleteList = new ArrayList<>(); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"博尔特")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"鲍威尔")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"盖伊")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"布雷克")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"加特林")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"苏炳添")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"路人甲")); athleteList.add(new Athlete(cyclicBarrier,"路人乙")); Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(8); for (Athlete athlete : athleteList) { executor.execute(athlete); } ((ExecutorService) executor).shutdown(); } public static void main(String[] args) { Race race = new Race(); race.start(); } } class A implements Runnable { @Override public void run() { System.out.println("吹哨!!!"); } }
3、输出结果
苏炳添准备好了 加特林准备好了 鲍威尔准备好了 路人甲准备好了 布雷克准备好了 路人乙准备好了 博尔特准备好了 盖伊准备好了 吹哨!!! 博尔特:9.699343503927226 路人乙:9.687556594359533 布雷克:9.914543511983005 盖伊:9.369283675601181 路人甲:9.033866734331879 加特林:9.418552213383313 苏炳添:9.284802342343912 鲍威尔:9.1126688554454
五、应用场景
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据,最后合并计算结果的应用场景。比如我们用一个Excel保存了用户所有银行流水,每个Sheet保存一个帐户近一年的每笔银行流水,现在需要统计用户的日均银行流水,先用多线程处理每个sheet里的银行流水,都执行完之后,得到每个sheet的日均银行流水,最后,再用barrierAction用这些线程的计算结果,计算出整个Excel的日均银行流水。
六、源码解读
1、类架构
public class CyclicBarrier { private static class Generation { boolean broken = false; } // 可以发现内部采用了ReentrantLock保证线程安全的操作 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private final Condition trip = lock.newCondition(); }
2、构造器
/** * 初始化需要等待parties个线程执行到临界点后(碰到await后)主线程才开始运行 * 并且可以创建任务,让这个任务在全部到达await后第一个被执行(上面的吹哨例子)。 */ public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); // 需要等待的线程数 this.parties = parties; // 需要等待的线程数,用于判断是否全部到达await(),每到达1个则-1,为0代表全部 this.count = parties; this.barrierCommand = barrierAction; } /** * 初始化需要等待parties个线程执行到临界点后(碰到await后)主线程才开始运行 */ public CyclicBarrier(int parties) { this(parties, null); }
3、nextGeneration()
private void nextGeneration() { // 叫醒所有WAITING状态的线程 trip.signalAll(); // 给count赋值为线程数 count = parties; // 设置线程没被中断 generation = new Generation(); }
breakBarrier()
private void breakBarrier() { // 设置线程被中断 generation.broken = true; // 给count赋值为线程数 count = parties; // 叫醒所有WAITING状态的线程 trip.signalAll(); }
5、await()
/** * await()方法调用了此方法。 */ private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { // 利用ReentrantLock上锁,保证线程安全 final ReentrantLock lock = this.lock; // 上锁 lock.lock(); try { final Generation g = generation; // 这是一个传递变量,用于控制是否有被中断的线程,有的话抛异常。 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); if (Thread.interrupted()) { // 设置线程被中断,且叫醒所有WAITING状态的线程 breakBarrier(); throw new InterruptedException(); } // count-1 int index = --count; // 如果count-1=0,则证明线程全部到达临界点了(都触发了await()方法)。 if (index == 0) { boolean ranAction = false; try { // 判断是否有Runnable,有的话先执行!!! 这下明白两个参数构造器了吧?? final Runnable command = barrierCommand; if (command != null) command.run(); ranAction = true; // 叫醒所有WAITING状态的线程且设置线程未被中断 nextGeneration(); return 0; } finally { // 若程序出错(只有出错才不会走到ranAction = true;),则唤醒所有WAITING状态的线程, if (!ranAction) breakBarrier(); } } // 若线程还有没到达临界点的,则进入await状态 for (;;) { try { // 有两个await方法,一个参数的timed是false,代表不会超时 if (!timed) trip.await(); else if (nanos > 0L) nanos = trip.awaitNanos(nanos); } catch (InterruptedException ie) { if (g == generation && ! g.broken) { breakBarrier(); throw ie; } else { Thread.currentThread().interrupt(); } } if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); if (g != generation) return index; if (timed && nanos <= 0L) { breakBarrier(); throw new TimeoutException(); } } } finally { // 解锁 lock.unlock(); } }
6、总结
多看源码注释,我写的很明白了,结合Demo看看。CyclicBarrier还有reset等方法,这些细节自己阅读下源码吧,都很简单。
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