libuv中的Barrier

Wiki：Barrier

In parallel computing, a barrier is a type of synchronization method. A barrier for a group of threads or processes in the source code means any thread/process must stop at this point and cannot proceed until all other threads/processes reach this barrier.

简言之就是要等到指定数目的线程一起到达才能一起继续执行。

libuv中对于barrier结构的定义：

typedef struct {
  unsigned int n;              //对于当前等待线程的计数
  unsigned int count;        //设置的总数
  uv_mutex_t mutex;        //结构体内操作同步用
  uv_sem_t turnstile1;        //turnstile意为旋转门，这里1和2分别表示一起进和一起出
  uv_sem_t turnstile2;
} uv_barrier_t;

初始化

int uv_barrier_init(uv_barrier_t* barrier, unsigned int count) {
  int err;

  barrier->n = count;
  barrier->count = 0;

  err = uv_mutex_init(&barrier->mutex);
  if (err)
    return err;

  err = uv_sem_init(&barrier->turnstile1, 0);
  if (err)
    goto error2;

  err = uv_sem_init(&barrier->turnstile2, 1);
  if (err)
    goto error;

  return 0;

error:
  uv_sem_destroy(&barrier->turnstile1);
error2:
  uv_mutex_destroy(&barrier->mutex);
  return err;

}

销毁

void uv_barrier_destroy(uv_barrier_t* barrier) {
  uv_sem_destroy(&barrier->turnstile2);
  uv_sem_destroy(&barrier->turnstile1);
  uv_mutex_destroy(&barrier->mutex);
}

接下来是最重要的代码：

int uv_barrier_wait(uv_barrier_t* barrier) {
  int serial_thread;

  uv_mutex_lock(&barrier->mutex);
  if (++barrier->count == barrier->n) {
    uv_sem_wait(&barrier->turnstile2);
    uv_sem_post(&barrier->turnstile1);
  }
  uv_mutex_unlock(&barrier->mutex);

  uv_sem_wait(&barrier->turnstile1);
  uv_sem_post(&barrier->turnstile1);

  uv_mutex_lock(&barrier->mutex);
  serial_thread = (--barrier->count == 0);
  if (serial_thread) {
    uv_sem_wait(&barrier->turnstile1);
    uv_sem_post(&barrier->turnstile2);
  }
  uv_mutex_unlock(&barrier->mutex);

  uv_sem_wait(&barrier->turnstile2);
  uv_sem_post(&barrier->turnstile2);
  return serial_thread;
}

当没有达到设置的阈值的时候，代码直接通过4-9行，在11行阻塞。直到指定数目的线程到达，进入4-9行，将第一扇门打开（turnstile1变为1），第二扇门关上（turnstile2变为0）。

然后刚才等待在第一扇门的第一个线程就可以通过11行，当这个线程通过后（此时turnstile变为0），再将turnstile置为1，让后一个线程可以通过。当前线程通过14-20行（此时barrier->count已变为最大值），会等待在22行。

当最后一个线程都通过了14行后，会进入16行的判断块内，此时它将第一扇门关上，第二扇门打开（turnsatile1变为0，turnsatile2变为1）。此时所有等在22行线程都可以继续执行，还是同过第一扇门的时候相同，它们是一个个接力过第二扇门的。

至此，所有线程全部通过了这两扇门。

思考：为什么需要14行后的代码，当凑齐数目后一起通过不是就完成任务了么？为什么还要一起出这个函数呢？

如果不加后面逻辑，考虑下面的情况。
当N个线程全部到达第一扇门后，有两个线程出了这个函数。这个时候又有第N+1线程到达这个函数了，那么最终这第N+1个线程，也会一起出这个函数，那么总共有N+1个线程通过了这个函数。