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详解Java回环屏障CyclicBarrier

2020-09-12 15:05java小新人 Java教程

这篇文章主要介绍了Java回环屏障CyclicBarrier的相关资料,帮助大家更好的理解和学习Java,感兴趣的朋友可以了解下

  上一篇说的CountDownLatch是一个计数器,类似线程的join方法,但是有一个缺陷,就是当计数器的值到达0之后,再调用CountDownLatch的await和countDown方法就会立刻返回,就没有作用了,那么反正是一个计数器,为什么不能重复使用呢?于是就出现了这篇说的CyclicBarrier,它的状态可以被重用;

一.简单例子

  用法其实和CountDownLatch差不多,也就是一个计数器,当计数器的值变为0之后,就会把阻塞的线程唤醒:

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package com.example.demo.study;
 
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
public class Study0216 {
 // 注意这里的构造器,第一个参数表示计数器初始值
 // 第二个参数表示当计数器的值变为0的时候就触发的任务
 static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, () -> {
  System.out.println("cyclicBarrier task ");
 });
 
 public static void main(String[] args) {
  // 新建两个线程的线程池
  ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
  // 线程1放入线程池中
  pool.submit(() -> {
   try {
    System.out.println("Thread1----await-begin");
    cyclicBarrier.await();
    System.out.println("Thread1----await-end");
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }
  });
  // 线程2放到线程池中
  pool.submit(() -> {
   try {
    System.out.println("Thread2----await-begin");
    cyclicBarrier.await();
    System.out.println("Thread2----await-end");
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }
  });
  // 关闭线程池,此时还在执行的任务会继续执行
  pool.shutdown();
 }
}

详解Java回环屏障CyclicBarrier

 我们再看看CyclicBarrier的复用性,这里比如有一个任务,有三部分组成,分别是A,B,C,然后创建两个线程去执行这个任务,必须要等到两个线程都执行完成A部分,然后才能开始执行B,只有两个线程都执行完成B部分,才能执行C:

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package com.example.demo.study;
 
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
public class Study0216 {
 // 这里的构造器,只有一个参数,表示计数器初始值
 static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2);
 
 public static void main(String[] args) {
  // 新建两个线程的线程池
  ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
  // 线程1放入线程池中
  pool.submit(() -> {
   try {
    System.out.println("Thread1----stepA-start");
    cyclicBarrier.await();
    
    System.out.println("Thread1----stepB-start");
    cyclicBarrier.await();
    
    System.out.println("Thread1----stepC-start");
    
    
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }
  });
  // 线程2放到线程池中
  pool.submit(() -> {
   try {
    System.out.println("Thread2----stepA-start");
    cyclicBarrier.await();
    
    System.out.println("Thread2----stepB-start");
    cyclicBarrier.await();
    
    System.out.println("Thread2----stepC-start");
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }
  });
  // 关闭线程池,此时还在执行的任务会继续执行
  pool.shutdown();
 }
}

详解Java回环屏障CyclicBarrier

二.基本原理

  我们看看一些重要属性:

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public class CyclicBarrier {
 //这个内部类只有一个boolean值
 private static class Generation {
  boolean broken = false;
 }
 
 //独占锁
 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  //条件变量
 private final Condition trip = lock.newCondition();
  //保存线程的总数
 private final int parties;
 //这是一个任务,通过构造器传递一个任务,当计数器变为0之后,就可以执行这个任务
 private final Runnable barrierCommand;
 //这类内部之后一个boolean的值,表示屏障是否被打破
 private Generation generation = new Generation();
 //计数器
 private int count;
}

  构造器:

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//我们的构造器初始值设置的是parties
public CyclicBarrier(int parties) {
 this(parties, null);
}
//注意,这里开始的时候是count等于parties
//为什么要有两个变量呢?我们每次调用await方法的时候count减一,当count的值变为0之后,怎么又还原成初始值呢?
//直接就把parties的值赋值给count就行了呀,简单吧!
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
 if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
 this.parties = parties;
 this.count = parties;
 this.barrierCommand = barrierAction;
}

  然后再看看await方法:

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public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
 try {
  //调用的是dowait方法
  return dowait(false, 0L);
 } catch (TimeoutException toe) {
  throw new Error(toe); // cannot happen
 }
}
 
//假设count等于3,有三个线程都在调用这个方法,默认超时时间为0,那么首每次都只有一个线程可以获取锁,将count减一,不为0
//就会到下面的for循环中扔到条件队列中挂起;直到第三个线程调用这个dowait方法,count减一等于0,那么当前线程执行任务之后,
//就会唤醒条件变量中阻塞的线程,并重置count为初始值3
private int dowait(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException {
 //获取锁
 final ReentrantLock lock = this.lock;
 lock.lock();
 try {
  //g中只有一个boolean值
  final Generation g = generation;
  //如果g中的值为true的时候,抛错
  if (g.broken)
   throw new BrokenBarrierException();
  //如果当前线程中断,就抛错
  if (Thread.interrupted()) {
   breakBarrier();
   throw new InterruptedException();
  }
  //count减一,再赋值给index
  int index = --count;
  //如果index等于0的时候,说明所有的线程已经到屏障点了,就可以
  if (index == 0) { // tripped
   boolean ranAction = false;
   try {
    //执行当前线程的任务
    final Runnable command = barrierCommand;
    if (command != null)
     command.run();
    ranAction = true;
    //唤醒其他因为调用了await方法阻塞的线程
    nextGeneration();
    return 0;
   } finally {
    if (!ranAction)
     breakBarrier();
   }
  }
  //能到这里来,说明是count不等于0,也就是还有的线程没有到屏障点
  for (;;) {
   try {
    //wait方法有两种情况,一种是设置超时时间,一种是不设置超时时间
    //这里就是对超时时间进行的一个判断,如果设置的超时时间为0,则会在条件队列中无限的等待下去,直到被唤醒
    //设置了超时时间,那就等待该时间
    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 {
  //释放锁
  lock.unlock();
 }
}
 
//唤醒其他因为调用了await方法阻塞的线程
private void nextGeneration() {
 //唤醒条件变量中所有线程
 trip.signalAll();
 //重置count的值
 count = parties;
 generation = new Generation();
}
 
private void breakBarrier() {
 generation.broken = true;
 //重置count为初始值parties
 count = parties;
 //唤醒条件队列中的所有线程
 trip.signalAll();
}

以上就是详解Java回环屏障CyclicBarrier的详细内容,更多关于Java CyclicBarrier的资料请关注服务器之家其它相关文章!

原文链接:https://www.cnblogs.com/wyq1995/p/12317630.html

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