Java并发工具类之CyclicBarrier

一、CyclicBarrier的概念

CyclicBarrier的意思是可循环使用的屏障。它可以让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有阻塞的线程才会继续执行。

它就好像一道关卡，只有所有的部队（线程）都到了才能放行。

二、CyclicBarrier的实现分析

部分源码：

public class CyclicBarrier {    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();    private final Condition trip = lock.newCondition();    private final int parties;    private final Runnable barrierCommand;    private Generation generation = new Generation();    private int count;    private static class Generation {        boolean broken = false;    }    ....}

可以看到，CyclicBarrier是基于ReentrantLock和Condition实现的。

• parties 表示拦截线程的数量
• barrierCommand 表示所有线程到达屏障后优先执行的命令
• Generation 表示屏障循环利用

构造函数

CyclicBarrier有两个构造函数：

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

第一个构造函数调用的其实也是第二个构造函数，只是第二个参数barrierAction为null。这个参数其实是一个线程任务命令，用于在所有线程到达屏障时，优先执行该线程任务，方便处理更加复杂的业务场景。

await()方法：

每当一个线程调用await()方法表示该线程到达屏障，

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {        try {            return dowait(false, 0L);        } catch (TimeoutException toe) {            throw new Error(toe);         }    }

进入dowait()方法：

private int dowait(boolean timed, long nanos)        throws InterruptedException, BrokenBarrierException,               TimeoutException {        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            final Generation g = generation;            //当前generation“已损坏”，抛出异常            if (g.broken)                throw new BrokenBarrierException();            //如果线程中断，终止CyclicBarrier            if (Thread.interrupted()) {                breakBarrier();                throw new InterruptedException();            }            //每当线程进入，计数-1            int index = --count;            if (index == 0) {  //计数为0时，进入                boolean ranAction = false;                try {                    final Runnable command = barrierCommand;                    if (command != null)   //如果有barrierCommand，则优先执行该任务                        command.run();                    ranAction = true;                    nextGeneration();//唤醒所有等待线程，并更新generation                    return 0;                } finally {                    if (!ranAction)                        breakBarrier();                }            }            // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out            //自旋            for (;;) {                try {                    if (!timed)//如果不是超时等待，则调用Condition.await()方法等待                        trip.await();                    else if (nanos > 0L)//超时等待，调用Condition.awaitNanos()方法等待                        nanos = trip.awaitNanos(nanos);                } catch (InterruptedException ie) {                    //如果等待过程中，线程被中断，则执行下面的函数。                    if (g == generation && ! g.broken) {                        breakBarrier();                        throw ie;                    } else {                    }                }                //当前generation“已损坏”，抛出异常                if (g.broken)                    throw new BrokenBarrierException();                //generation已经更新，返回index                if (g != generation)                    return index;                //“超时等待”，并且时间已到,终止CyclicBarrier，并抛出异常                if (timed && nanos <= 0L) {                    breakBarrier();                    throw new TimeoutException();                }            }        } finally {            lock.unlock();        }    }

dowait()的主要处理逻辑如下：如果该线程不是到达的最后一个线程，则它会一直处于等待状态，除非发生以下情况：

1. 最后一个线程到达，即index == 0
2. 超出了指定时间（超时等待）
3. 其他的某个线程中断当前线程
4. 其他的某个线程中断另一个等待的线程
5. 其他的某个线程在等待barrier超时
6. 其他的某个线程在此barrier调用reset()方法。reset()方法用于将屏障重置为初始状态。

Generation对象描述着CyclicBarrier的更新换代。在CyclicBarrier中，同一批线程属于同一代。当有parties个线程到达barrier，generation就会被更新换代。

三、CyclicBarrier与CountDownLatch的对比

CyclicBarrier允许一系列线程相互等待对方到达屏障，先到达的线程被阻塞在屏障前，必须等到所有线程都到达了屏障，所有线程才能运行；CountDownLatch允许一个或多个线程等待一些特定的操作完成，而这些操作是在其它的线程中进行的，只有“被等的线程”的操作完成后，“等待的线程”才能执行；

CyclicBarrier强调的是n个线程互相等待，CountDownLatch强调的是1个线程或n个线程等待其他线程操作。

CyclicBarrier的计数器可以循环使用（出现错误可重置计数），CountDownLatch的计数器只能用一次；

CyclicBarrier可以在所有线程到达屏障后先执行一个线程任务，再运行所有线程，用于处理复杂的业务，CountDownLatch不可以。