Java并发编程之详解CyclicBarrier线程同步

tangjin

作者

CyclicBarrier线程同步

java.util.concurrent.CyclicBarrier提供了一种多线程彼此等待的同步机制，可以把它理解成一个障碍，所有先到达这个障碍的线程都将将处于等待状态，直到所有线程都到达这个障碍处，所有线程才能继续执行。

举个例子：CyclicBarrier的同步方式有点像朋友们约好了去旅游，在景点入口处集合，这个景点入口就是一个Barrier障碍，等待大家都到了才一起进入景点游览参观。进入景点后大家去爬山，有的人爬得快，有的人爬的慢，大家约好了山顶集合，所以山顶就又是一个Barrier障碍，等待大家都到了山顶才一起下山。

下面是一张图来说明这个问题。

每个线程通过调用await()，在CyclicBarrier障碍处“彼此等待”，一旦所有的线程都到达了CyclicBarrier(都调用了CyclicBarrier方法)，所有的线程将一起再次被唤醒继续执行。

1.创建CyclicBarrier障碍

当创建CyclicBarrier的时候，需要指定需要控制多少个线程同步。比如下面的CyclicBarrier设置为控制2个线程同步。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2);

2. 在CyclicBarrier障碍处等待

通过调用CyclicBarrier的await()方法进入等待状态，通常在线程完成自己的阶段性任务之后调用该方法。

barrier.await();

CyclicBarrier也提供了另一种方法指定等待超时的时间，当等待时间大于超时时间之后，即使还有其他的线程没调用await方法，该线程将自动唤醒继续执行。(朋友们约好了去旅游，等了10分钟你还不来，我就自己先去了)。

barrier.await(10, TimeUnit.SECONDS);

The waiting threads waits at theCyclicBarrieruntil either:

在CyclicBarrier处等待的线程被释放，继续执行的条件（满足下面的任一条件即可）

最后到达的线程调用了await() 方法
该线程被另一个线程打断（另一个线程调用其interrupt()方法）。
另一个处于等待状态的线程被打断
另一个处于等待状态的线程在CyclicBarrier处等待时超时。
某个外部线程调用了CyclicBarrier.reset()拆除障碍。

3. CyclicBarrier Action

CyclicBarrier Action 相对不太好理解，可以把它理解为障碍自身的行为。该Action动作是一个线程，所有的线程都到达障碍之后，该线程将被执行。

Runnable      barrierAction =   创建线程;
CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(2, barrierAction);

如果这段代码仍然无法理解CyclicBarrier Action的作用，看下面的例子。

4. CyclicBarrier 例子

下面的代码演示了如何使用CyclicBarrier进行线程同步:

Runnable barrier1Action = new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("障碍1集合成功了，所有人都到了景点门口 ");
    }
};
Runnable barrier2Action = new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("障碍2集合成功了，所有人都到了山顶");
    }
};

//障碍1 景点门口
CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(2, barrier1Action);
//障碍2 山顶
CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(2, barrier2Action);

//旅游计划，阶段目标一：景点门口集合
CyclicBarrierRunnable barrierRunnable1 =
        new CyclicBarrierRunnable(barrier1, barrier2);
//旅游计划，阶段目标二：爬山到山顶集合
CyclicBarrierRunnable barrierRunnable2 =
        new CyclicBarrierRunnable(barrier1, barrier2);

new Thread(barrierRunnable1).start();  //游客A，Thread-0
new Thread(barrierRunnable2).start();  //游客B，Thread-1

下面是一个线程类CyclicBarrierRunnable，启动一个就代表一个游客

public class CyclicBarrierRunnable implements Runnable{

    CyclicBarrier barrier1 = null;  //障碍1
    CyclicBarrier barrier2 = null;  //障碍2

    public CyclicBarrierRunnable( CyclicBarrier barrier1,CyclicBarrier barrier2) {
        this.barrier1 = barrier1;
        this.barrier2 = barrier2;
    }

    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);  //这里写出发去景点的过程代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 到达景点门口");
            this.barrier1.await();

            Thread.sleep(1000);  //这里写爬山的过程代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 爬山爬到山顶");
            this.barrier2.await();

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 玩的不错，下山回家!");

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

下面的输出是上文代码的执行打印结果，多执行几次上文的代码会发现Thread-0 和 Thread-1 在障碍1和障碍2处的到达先后顺序是不确定的，但是总是先到的等后到的再继续执行。