关于java:CountDownLatch-瞬间炸裂同基于-AQS凭什么-CyclicBarrier-可以这么秀

前言

看完 CountDownLatch 正筹备示意一番，忽然看到了一个 CyclicBarrier —— 回环屏障。沃特？回环还屏障？说比 CountDownLatch 要多一个回环，那咱可得瞧一瞧，看一看了！

公众号：『刘志航』，记录工作学习中的技术、开发及源码笔记；时不时分享一些生存中的见闻感悟。欢送大佬来领导！

一个同步辅助，它容许一组线程的所有期待彼此达成独特屏障点。

CyclicBarrier 在波及固定线程数且必须期待彼此的程序十分有用。

该屏障被称为回环屏障，因为它在期待的线程被开释后能够被从新利用。

CyclicBarrier 反对一个可选的 Runnable 命令，该命令在阻碍中的最初一个线程达到之后，但在开释任何线程之前，每个屏障点运行一次。

此屏障操作对于在任何一方持续之前更新共享状态很有用。

通过下面的源码正文根本能够得出以下论断：

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 相似，但它是一组线程期待，直到在其余线程中执行的一组操作实现为止。
CountDownLatch 是计数递加，完结后再调用 await 或者 countdown 都会立刻返回，然而 CyclicBarrier 能够重置屏障。
CyclicBarrier 还能够传入参数 Runnable，Runnable 会在开释线程之前执行。

既然下面总结了三个论断，上面当然从三个方面演示如何应用的：

– 屏障性能

public class CyclicBarrierTest {private static final CyclicBarrier CYCLIC_BARRIER = new CyclicBarrier(11);

    public static void main(String[] args) throws BrokenBarrierException, InterruptedException {

        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(1024),
                new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("Thread-pool-%d").build(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

        for (int i = 0; i < 10; i++) {pool.submit(() -> {

                try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行");
                    Thread.sleep(5000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行完结，筹备调用 await");
                    CYCLIC_BARRIER.await();} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();
                }

            });

        }

        System.out.println("主线程执行 —————————————— >>>");

        CYCLIC_BARRIER.await();

        System.out.println("主线程继续执行 —————————————— >>>");

        pool.shutdown();}
}

通过下面代码其实模仿了个相似 CountDownLatch 的性能，让所有线程期待，直到都调用 await 之后，各个线程继续执行，同时主线程也持续往下执行。

不过绝对 CountDownLatch 的指定一个线程或多个期待，直到其余线程执行完结，期待的线程才继续执行来说，CyclicBarrier 相对来说还是逊色。

差异总结如下：

CountDownLatch 是指定期待的线程，其余线程进行 countDown，等计数为 0 时，期待的线程继续执行。
CyclicBarrier 是一组线程调用 await 进行期待，当所有的都进入期待的时候，这一组就会一起冲破屏障继续执行。

– 回环性能

public class CyclicBarrierTest2 {private static final CyclicBarrier CYCLIC_BARRIER = new CyclicBarrier(5);

    public static void main(String[] args) throws BrokenBarrierException, InterruptedException {
        
        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(1024),
                new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("Thread-pool-%d").build(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

        for (int i = 0; i < 5; i++) {pool.submit(() -> {

                try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行");
                    CYCLIC_BARRIER.await();

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "冲破屏障 >>> 1");
                    CYCLIC_BARRIER.await();

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "冲破屏障 >>>>> 2");
                    CYCLIC_BARRIER.await();} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();
                }

            });

        }

        pool.shutdown();}
}

下面演示的回环的用法。

– 回环 Runnable

这块只须要在申明的 CyclicBarrier 批改为以下即可：

private static final CyclicBarrier CYCLIC_BARRIER = new CyclicBarrier(5, new Runnable() {
    @Override
    public void run() {System.out.println("执行一次 Runnable");
    }
});

打印后果如下：

能够看出只是在下一个计数开始之前，先执行 Runnable。至于是不是在开释屏障之前，那很容易，间接 Debug 走一遭就晓得了！专门录制了个视频：

通过 debug 能够看出Runnable 会在开释线程之前执行。

CyclicBarrier 和 AQS 有什么关系？
CyclicBarrier 的实现原理是什么？
CyclicBarrier 是如何实现回环的？

上面就带着疑难去源码浏览，一探到底！

通过 UML 乍一看，CyclicBarrier 和 AQS 并无什么关系，那上面开始从参数、 结构器 、await() 办法 别离看源码。

public class CyclicBarrier {

    /**
     * 屏障的每次应用都示意为一个生成实例。* broken 示意屏障是否被突破。*/
    private static class Generation {boolean broken = false;}

    /** 锁 */
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    /** 条件期待，直到屏障 */
    private final Condition trip = lock.newCondition();
    /** 期待计数 */
    private final int parties;
    /* The command to run when tripped */
    private final Runnable barrierCommand;
    /** 以后 generation 新创建的 */
    private Generation generation = new Generation();
    /** 仍在期待的 parties 数量，递加 为 0 会重置 */
    private int count; 
}

通过下面能够看出：

外部应用了一个动态类 Generation，它有什么性能呢？通过正文理解到，每次应用屏障的时候都会生成，具体有什么用，其实就是用来标示屏障是否被突破。

外部还有一个 parties 示意期待计数，count 示意仍在期待的计数。

那就持续往下看吧！

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
    this.parties = parties;
    this.count = parties;
    this.barrierCommand = barrierAction;
}

这里的入参有两个：

parties（期待计数）：记录多少个线程调用 await 之后，才会一起突破屏障。
barrierAction：冲破屏障前执行的行为。
然而会同时对 parties 和 count 赋值为传入的 parties。

单参数结构，其实就是将 barrierAction 赋值为 null。

在示例中用的 await() 办法，那就从 await() 办法动手：

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
    try {return dowait(false, 0L);
    } catch (TimeoutException toe) {throw new Error(toe); // cannot happen
    }
}

await() 才是重头戏，先来依据源码正文，理解是干嘛的，看看作者怎么讲：

等到所有各方都在此阻碍上调用 await。
如果以后线程不是最初达到的线程，则出于线程调度目标将其禁用，并使其处于休眠状态，直到产生以下状况之一：
1. 最初一个线程达到；
2. 其余一些线程中断以后线程；
3. 其余一些线程中断其余正在期待的线程之一；
4. 期待屏障的时候其余线程超时；
5. 其余一些线程在此屏障上调用 reset。

看到这些，咱们最想看的当然是 2.1，期待最初一个线程达到屏障，之后所有的线程一起继续执行。


private int dowait(boolean timed, long nanos)
    throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
            TimeoutException {
    
    // 加锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {

        // 在这里用到了这个代
        final Generation g = generation;

        if (g.broken)
            throw new BrokenBarrierException();
        // 线程终中断标示
        if (Thread.interrupted()) {breakBarrier();
            throw new InterruptedException();}

        // 对计数进行递加
        int index = --count;
        // 如果是 0 则
        if (index == 0) {  // tripped
            boolean ranAction = false;
            try {
                final Runnable command = barrierCommand;
                // 不是 null 先执行行为
                if (command != null)
                    // 这里不是新开线程
                    command.run();
                ranAction = true;
                // 下一代
                nextGeneration();
                return 0;
            } finally {
                // 工作未胜利时，即 ranAction 还是 false 突破屏障
                if (!ranAction)
                    breakBarrier();}
        }

        // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
        // 自旋
        for (;;) {
            try {
                // 没有设置超时工夫
                if (!timed)
                // 进入期待
                    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();
            // 曾经下一代了
            if (g != generation)
                return index;

            if (timed && nanos <= 0L) {breakBarrier();
                throw new TimeoutException();}
        }
    } finally {lock.unlock();
    }
}

这一大坨代码，齐全没有看的欲望，间接划过去吧！

所以…… 间接看到了这里吧。

代码还是要浏览的，离开来看（异样流程省略）：

应用了 ReentrantLock 互斥锁，因而对 count、broken 的批改是原子性的。
对 count 进行 –count 操作，这样就了解为什么说 count 是仍在期待的计数，或者说还有多少能力达到屏障点。
当 count 为 0，示意达到屏障点了
2. command 不为 null，会先执行 command.run()，值得注意的是这里并不是新开了个线程。
3. nextGeneration()开始新的下一代，即重置 count 为 parties。
4. 在 finally 外面应用 breakBarrier() 突破屏障。
当 count 不是 0
1. 自旋，直到是 0.

这前面还有两个办法不能少：

private void nextGeneration() {
    // 唤醒线程
    trip.signalAll();
    // 更新 count 为 parties
    count = parties;
    // 更新 Generation
    generation = new Generation();}

// 突破屏障，并唤醒全副
private void breakBarrier() {
    generation.broken = true;
    count = parties;
    trip.signalAll();}


public void reset() {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {breakBarrier();   // break the current generation
        nextGeneration(); // start a new generation} finally {lock.unlock();
    }
}

将屏障重置为其初始状态，reset() 办法其实还是调用的 breakBarrier() 和 nextGeneration()，前者时突破以后代，后者是开始新的一轮。

Q: CyclicBarrier 和 AQS 有什么关系？
A: 通过浏览源码，其实发现是应用了 ReentrantLock 互斥锁以及 Condition 的期待唤醒性能。

Q: CyclicBarrier 的实现原理是什么？
A: 外部含有两个计数，别离是 parties 和 count，初始是二者相等，当有线程调用 await() 时，count 递加，只有 count 不为 0，就会阻塞线程，直到 count 递加为 0 时，此时会所有线程一起开释，同时将 count 重置为 parties。

Q: CyclicBarrier 是如何实现回环的？
A: 应用两个计数，count 递加，当 count 为 0 时，会重置为 parties，从而达到回环成果。

Q: 为什么 count 的 –count 操作没有应用 CAS？
A: 因为曾经 lock.lock() 了，应用了 ReentrantLock 锁可能保障 count 的原子性。

回环：CyclicBarrier 能够回环，从新计数。CountDownLatch 只能一轮。
计数器：CyclicBarrier 的计数器本人保护递加，CountDownLatch 的计数器保护则是交给使用者。
阻塞线程：CyclicBarrier 阻塞的是本身，当达到屏障后，所有被阻塞的线程一起开释。CountDownLatch 能够指定阻塞线程。

本文次要介绍了 CyclicBarrier 的罕用形式，通过源码形式，剖析如何达到屏障以及回环的成果。不对之处，请多斧正。

关于java:CountDownLatch-瞬间炸裂同基于-AQS凭什么-CyclicBarrier-可以这么秀

介绍

根本应用

问题疑难？

源码剖析

根本构造

参数

结构器

await() 办法

reset()

总结

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 的区别

结束语