深入理解 Java CyclicBarrier

简介

在 Java 的并发编程中，CyclicBarrier 是一个非常有用的同步辅助类。它允许一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个共同的屏障点。与 CountDownLatch 相比，CyclicBarrier 可以被重用，是一个更灵活的同步工具。本文将详细解释 CyclicBarrier 的基本概念、使用方法以及最佳实践。

目录

1. 基础概念
2. 使用方法
3. 常见实践
4. 最佳实践
5. 小结
6. 参考资料

基础概念

CyclicBarrier 是 java.util.concurrent 包中提供的一个并发工具类，最常用于需要所有线程在继续执行前都达到某个点的场景。CyclicBarrier 可以看作是一组线程互相等待的一个屏障，一旦所有线程都达到这一屏障，则所有线程可以继续执行。

关键特性

• 线程集结：一个 CyclicBarrier 被初始化时，需要一个线程数量，只有当固定数量的线程调用了 await() 方法之后，这些线程才能继续执行。
• 重用性：CyclicBarrier 允许在同一个对象上多次调用 await()，即可以被重用。
• 可选的 Barrier Action：在所有线程到达屏障后，可以指定一个可选的 Runnable 作为屏障动作。

使用方法

CyclicBarrier 的基本用法

要使用 CyclicBarrier，我们首先需要创建一个 CyclicBarrier 的实例，并指定参与的线程数。每个线程在到达屏障时调用 await() 方法。一旦所有线程都调用了 await() 方法，所有线程将被释放继续执行。

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        final int threadCount = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(threadCount, () -> {
            System.out.println("所有线程已到达屏障，继续执行...");
        });

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(new Task(barrier), "线程-" + i).start();
        }
    }

    static class Task implements Runnable {
        private CyclicBarrier barrier;

        public Task(CyclicBarrier barrier) {
            this.barrier = barrier;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在等待...");
                barrier.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 继续执行...");
            } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

CyclicBarrier 带有障碍动作（Barrier Action）

Barrier Action 是一个可选操作，由主线程在所有参与线程到达屏障后执行。可以在构造函数中传递一个 Runnable 来设置该动作。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
    System.out.println("所有线程到达屏障点 - 执行 Barrier Action!");
});

常见实践

1. 多线程计算结果合并：将大任务分解为若干个子任务，使用 CyclicBarrier 等待所有子任务完成，再合并结果。
2. 模拟并发场景：测试在并发环境中某段代码在所有线程同时开始执行后的行为。
3. 分段处理：按分段处理任务，每一段任务完成后进行下一个步骤。

最佳实践

1. 处理中断：在使用 await() 方法时，需要正确处理InterruptedException 和 BrokenBarrierException。
2. 重用性考虑：如果同一批任务需要循环执行，可以利用 CyclicBarrier 的复用特性。
3. 线程数匹配：确保参与的线程数量和 CyclicBarrier 的初始数量匹配，否则会导致线程永远等待。

小结

CyclicBarrier 是一个强大且灵活的工具，适合用在多线程需要同步到共同点再继续执行的情况。通过适当的例子和最佳实践应用，我们可以有效地协调多线程环境中的任务执行。

参考资料

• Java官方文档
• Java并发编程实战
• Java多线程编程核心技术