Java多线程工具类之循环栅栏计数器

Java多线程下循环计数器

本文主要内容：CyclicBarrier(下文中凯哥就用cycBar来代替)定义介绍；举例说明；代码演示；从源码来看原理及总结；CyclicBarrier与CountDownLatch(下文就用CountDown来代替)比较。

本篇是《凯哥(凯哥Java:kagejava)并发编程学习》系列之《并发工具类》教程的第二篇：《Java多线程下循环计数器》。

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一：CyclicBarrier是什么

cycBar是什么呢？

来看看JDKAPI文档中是怎么介绍这个对象的：

 

翻译后大概意思：允许一组线程全部等待彼此达到共同的屏障点的同步辅助。循环阻塞在涉及固定大小的线程方的程序中很有用，这些线程必须偶尔等待彼此。屏障被称为循环 ，因为它可以在等待的线程被释放之后重新使用。

有没有这种感觉：每个汉字都认识，但是放在一起就不知道什么意思了？对！没错，就是这种感觉~~~///(^v^)\\\~~~。上面翻译简单一句话就是：有个可以循环利用的集合点。作用就是让所有线程都到达这个集合点后，才会继续下一步行动。如果还是不理解，请看下下面生活中的例子。

二：CyclicBarrier生活中例子理解

在生活中，如果我们跟团旅游的话，就更容易理解了。假设一个团有7个人，旅游团安排的旅游路线是八达岭长城故宫这个路线的一日游。游玩时间是3小时。三个小时后, 统一都到八达岭的集合点：入口处。点名等人员都到齐后，发车到下一个景点。这种场景相信大家都遇到过吧。八达岭入口的集合点不仅仅这个旅游团可以使用，其他的旅游团都可以使用的。如果站在多线程并发场景下来分析的话：旅游团中每个成员都是一个线程，入口集合点就是屏障(Barrier)，每个成员都必须到达集合点(循环到达Cyclic)且人数和旅游团人数相等的时候，才能触发旅游车发车去下一个景点的线程。

还有一个例子更容易理解：集齐七龙珠，召唤神龙。相信看过《七龙珠》的都知道这个吧。想要召唤神龙的触发点就是集齐七个龙珠。

通过上面案例，大家是不是更容易理解了？下面凯哥(kaigejava)将通过代码实现集齐七龙珠召唤神龙的操作。

三：代码演示

需求：集齐七颗龙珠，召唤神龙。

3.1：未使用cycbarr的时候

使用七个线程，来代替找龙珠的七个任务。每个线程在找龙珠的时候，耗时2s.就sleep。最后，七个线程执行完成之后，使用召唤神龙的线程来召唤神龙。代码如下图：

 

运行结果：

 

我们发现，龙珠还没有找到呢，神龙就出现了。这个当然是不对的。所以不使用cycBarr这个操作是不对的。

3.2：使用cycbarr

 

查看运行结果：

 

当七颗龙珠都找到之后，才可以召唤神龙。 符合我们的需求。那么，cycbarr的实现原理是什么呢？接下来我们从源码来看看运行原理。

四：从源码来看原理及总结

4.1：构造器

 

有两个构造器，给定一个int的parties和两个参数的构造器。参数含义：

Int parties：给定参与的线程的个数。也可以理解为屏障的值，当达到这个值之后，屏障将会跳闸执行其他任务(在集齐龙珠案例中，可以理解为需要7个线程来执行。)；

Runnable barrierAction：这个参数意思是指当线程达到屏障数量后，屏障跳闸后执行给定线程的任务(在集齐龙珠案例中，可以理解为当集齐七颗龙珠后，需要执行召唤神龙的操作)。

4.2：几个重要的成员属性

 

其中使用了ReentrantLock这个可重入锁作为并发的锁对象。使用Codition这个对象来实现等待/通知模式。

 

4.3：重要方法

 

无论是await()还是await(long timeout,TimeUnit unit)这两个await最后都是调用dowait（）方法。

Dowait方法主要干了什么？其实逻辑处理比较简单的。如果当前线程不是最后一个调用await方法的线程，则会一直自旋等待着。源码如下：

 

当发生以下清空的时候，就会在自旋等待了：

1：当前执行的线程是最后一个线程。即index == 0成立的时候；

2：当参与其中的某个线程在等待的时候，等待超时了；

3：参与的线程中某一个线程被中断了；

4：在调用了CycBarr的reset方法后。该方法将会将对应的屏障（parties）重置为初始状态。

对应源码如下：

 

 

4.4：总结

语法：

默认使用两个参数的构造器。然后再try代码块中调用await方法。如下图：

 

五：CyclicBarrier与CountDownLatch比较

关于CountDownLatch的相关介绍，凯哥(kaigejava)在另一篇文章《Java多线程并发容器之并发倒计时器》中做了详细介绍。欢迎大家去查看.

CountDown：

计数器只能够使用一次;

参与的线程的职责是不一样的(火箭发射,不同部门做的事情不一样)。有的再倒计时，有的再等待倒计时结束。

CycBarr:

是可以循环利用的，因为可以使用reset方法将屏障重置，可以使用多次，所有cycBar能够处理更为复杂的场景;

参与的线程职责是一样的(都是找龙珠)；

提供了其他的方法。如获取当前阻塞的线程数量的getnumberWaiting方法。用于判断当前线程阻塞的线程是否被中断的isBroken方法。

从唤起阻塞线程角度来看的话：

CountDownLatch运行一个或者是多个线程等待一组事件的产生，而CyclicBarrier用于等待其他线程运行到屏障(栅栏)位置。

从适用场景角度来说：

CycBarr适用于多个线程结果元素的合并操作。

如需要从多个excel中统计数量的时候，可以使用CycBarr来从不同的excel读取到数据之后，在进行汇总操作。

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