上一篇我们主要通过ExecutorCompletionService与FutureTask类的源码，对Future模型体系的原理做了了解，本篇开始解读concurrent包中的工具类的源码。首先来看两个非常实用的工具类CyclicBarrier与CountDownLatch是如何实现的。
CyclicBarrier
CyclicBarrier直译过来是“循环屏障”，作用是可以使固定数量的线程都达到某个屏障点（调用await方发处）后，才继续向下执行。关于用法和实例本文就不做过多说明，现在直接进入CyclicBarrier的源码。
首先，来看下CyclicBarrier的几个标志性的成员变量：
1 private static class Generation { 2 boolean broken = false; 3 } 4 /** The number of parties */ 5 private final int parties; 6 /* The command to run when tripped */ 7 private final Runnable barrierCommand; 8 /** The current generation */ 9 private Generation generation = new Generation(); 10 11 /** 12 * Number of parties still waiting. Counts down from parties to 0 13 * on each generation. It is reset to parties on each new 14 * generation or when broken. 15 */ 16 private int count;
这几个成员变量有以下说明：
- 说明1：parties是final的，在构造时，传入的固定线程数，不可变；
- 说明2：count是计数器，如果有线程到达了屏障点，count就减1；
- 说明3：直到count=0时，其它线程才可以向下执行；
- 说明4：barrierCommand是Runnable任务，在所有线程到达屏障点是，就执行barrierCommand，barrierCommand是构造时传入的，可以为空；
- 说明5：generation比较复杂，是静态内部类Generation的实例，一个generation对象代表一代的屏障，就是说，如果generation对象不同，就代表进入了下一次的屏障，所以说，这个线程屏障是可循环的(Cyclic)。
- 说明6：另外，generation的唯一的一个名为broken的成员变量代表屏障是否被破坏掉，破坏的原因可能是线程中断、失败或者超时等。如果被破坏，则所有线程都将抛出异常。
了解上述成员变量的说明后，基本上就可以知道了CyclicBarrier的实现原理，下面我们来看看代码是如何写的。其实实现很简单，我们只需通过await()方法就可以说明：
1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { 2 try { 3 return dowait(false, 0L); 4 } catch (TimeoutException toe) { 5 throw new Error(toe); // cannot happen; 6 } 7 }
await()方法调用了真是的执行方法dowait()，这个方法里涵盖了所有乾坤：
1 /** 2 * Main barrier code, covering the various policies. 3 */ 4 private int dowait(boolean timed, long nanos) 5 throws InterruptedException, BrokenBarrierException, 6 TimeoutException { 7 final ReentrantLock lock = this.lock; 8 lock.lock(); 9 try { 10 final Generation g = generation; 11 12 if (g.broken) 13 throw new BrokenBarrierException(); 14 15 if (Thread.interrupted()) { 16 breakBarrier(); 17 throw new InterruptedException(); 18 } 19 20 int index = --count; 21 if (index == 0) { // tripped 22 boolean ranAction = false; 23 try { 24 final Runnable command = barrierCommand; 25 if (command != null) 26 command.run(); 27 ranAction = true; 28 nextGeneration(); 29 return 0; 30 } finally { 31 if (!ranAction) 32 breakBarrier(); 33 } 34 } 35 36 // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out 37 for (;;) { 38 try { 39 if (!timed) 40 trip.await(); 41 else if (nanos > 0L) 42 nanos = trip.awaitNanos(nanos); 43 } catch (InterruptedException ie) { 44 if (g == generation && ! g.broken) { 45 breakBarrier(); 46 throw ie; 47 } else { 48 // We're about to finish waiting even if we had not 49 // been interrupted, so this interrupt is deemed to 50 // "belong" to subsequent execution. 51 Thread.currentThread().interrupt(); 52 } 53 } 54 55 if (g.broken) 56 throw new BrokenBarrierException(); 57 58 if (g != generation) 59 return index; 60 61 if (timed && nanos <= 0L) { 62 breakBarrier(); 63 throw new TimeoutException(); 64 } 65 } 66 } finally { 67 lock.unlock(); 68 } 69 }
代码第20行对应“说明2”。
代码第21行对应“说明3”。
代码第26行对应“说明4”。
代码第28行对应“说明5”，nextGeneration()方法中使用generation = new Generation();表示屏障已经换代，并唤醒所有线程。nextGeneration()请自行查看源码。
代码第16行、第45行等所有调用breakBarrier()方法处，对应“说明6”，表示屏障被破坏，breakBarrier()方法中将generation.broken = true，唤醒所有线程，抛出异常。
最后，代码第40行处trip.await()，表示持有trip的线程进入等待被唤醒状态。
另外，实现中还有一个很重要的点，就是第8行的lock和第67行的unlock，保证同步状态下执行这段逻辑，也就保证了count与generation.broken的线程安全。
以上就是CyclicBarrier（循环使用的屏障）的源码实现，是不是比较简单。
CountDownLatch
CountDownLatch直译过来是“倒计数锁”。在线程的countDown()动作将计数减至0时，所有的await()处的线程将可以继续向下执行。CountDownLatch的功能与CyclicBarrier有一点点像，但实现方式却很不同，下面直接来观察CountDownLatch的两个最重要的方法：
1 public void await() throws InterruptedException { 2 sync.acquireSharedInterruptibly(1); 3 } 4 5 public void countDown() { 6 sync.releaseShared(1); 7 }
可以看到，这两个方法实际是由静态内部类Sync来实现的。这个Sync我们在上一篇FutureTask的实现中也见过，那我们就先简单介绍下Sync究竟是用来做什么的：
Sync extends AbstractQueuedSynchronizer
这个抽象类AbstractQueuedSynchronizer是一个框架，这个框架使用了“共享”与“独占”两张方式通过一个int值来表示状态的同步器。类中含有一个先进先出的队列用来存储等待的线程。
这个类定义了对int值的原子操作的方法，并强制子类定义int的那种状态是获取，哪种状态是释放。子类可以选择“共享”和“独占”的一种或两种来实现。
共享方式的实现方式是死循环尝试获取对象状态，类似自旋锁。
独占方式的实现方式是通过实现Condition功能的内部的类，保证独占锁。
而我们正在解读的CountDownLatch中的内部类Sync是使用的共享方式，对于AbstractQueuedSynchronizer的解读本篇不打算详细说明，因为笔者对“独占”方式还没彻底弄通，如果以后有机会再来补充。
接下来就直接观察CountDownLatch.Sync的源码：
1 /** 2 * Synchronization control For CountDownLatch. 3 * Uses AQS state to represent count. 4 */ 5 private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { 6 private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L; 7 8 Sync(int count) { 9 setState(count); 10 } 11 12 int getCount() { 13 return getState(); 14 } 15 16 public int tryAcquireShared(int acquires) { 17 return getState() == 0? 1 : -1; 18 } 19 20 public boolean tryReleaseShared(int releases) { 21 // Decrement count; signal when transition to zero 22 for (;;) { 23 int c = getState(); 24 if (c == 0) 25 return false; 26 int nextc = c-1; 27 if (compareAndSetState(c, nextc)) 28 return nextc == 0; 29 } 30 } 31 }
结合最初列出的await()和countDown()方法，
通过上述代码第9行可以看到，CountDownLatch将构造时传入的用来倒计数的count作为状态值。
通过上述代码第17行可以看到，CountDownLatch定义了当count=0时表示可以共享获取状态（在await()方法中调用的sync.acquireSharedInterruptibly(1)会死循环尝试获取状态）。
通过上述代码第26行可以看到，CountDownLatch定义了当count-1表示一次共享释放状态（在countDown()方法中调用的sync.releaseShared(1)会涉及）。
以上就是CountDownLatch的源码实现。
总结
CyclicBarrier与CountDownLatch有一点相似之处，但是有很大区别。它们的异同我个人总结如下：
类似功能
- CyclicBarrier与CountDownLatch都是通过计数到达一定标准后，使得在await()处的线程继续向下执行。
不同之处
- CyclicBarrier的实现是通过线程的等待唤醒；CountDownLatch的实现是通过死循环访问状态的自旋机制
- CyclicBarrier在线程改变计数后不能向下执行(await()改变计数)；CountDownLatch在线程改变计数后继续向下执行(countDown()改变计数)
- CyclicBarrier的计数可以被重置，循环使用；CountDownLatch的计数只能使用一次
