并发编程之屏障CyclicBarrier

        它是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点(common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时CyclicBarrier很有用，常用于协调分组的线程的启动和停止。因为该barrier在释放等待线程后可以重用，屏障可以被重复的重置状态。所以称它为循环的barrier。
      CyclicBarrier的构造函数为CyclicBarrier(int parties,Runnable barrierAction)：在CyclicBarrier初始化的时候指定参与者的数量，并且支持一个可选的Runnable命令，在一组线程中的最后一个线程到达之后（但在释放所有线程之前），该命令只在每个屏障点运行一次，并且由最后一个到达屏障的线程执行该屏障点的任务。若在继续所有参与线程之前更新共享状态，此屏障操作很有用。参与者调用awart法进入阻塞状态直到参与者的个数达到指定数量，此时最后一个到达的线程执行预定的屏障任务，然后释放所有的线程。需要注意的是，除了常见的InterruptedException以外，CyclicBarrier 的 await 的方法还会抛出 BrokenBarrierException，这个异常通常发生在CyclicBarrier被重置或者别的阻塞在CyclicBarrier.await()上的线程被打断。同时，CyclicBarrier的await方法带有返回值，可以得到到达屏障处的线程的索引，通俗一点说就是后面还有几个线程没有执行await。注：这里parties里的计数在运行时当调用await()时，计数就加1，一直加到初始的值。
     下面举例说明该类的用法：我们编写一个用于计算ln(1-x)的程序。其中ln为自然对数。计算方式为：ln(1-x)=-(x + x2/2 + x3/3 + x4/4 + x5/5 + ...) where |x| < 1 。我们将创建线程来计算这个级数的每一项。这里只计算10项，所以需要创建10个线程，每个线程将计算结果放入公共数组中，并且在屏障中等待其他线程，当每个线程完成后，最后一个到达的线程完成最后一项的计算并求得总和并显示给用户。

源码如下：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;import java.util.concurrent.CyclicBarrier;public class NaturalLogCalc {private static final int numberOfitems = 10;// 计算前十个即可，所以需要十个线程来完成// 给个线程将计算结果都放在数组中private static double[] termArray = new double[numberOfitems];private static final float x = 0.2f;// 计算x的ln值public static void main(String[] args) {CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numberOfitems,// 屏障打破后该Runnable就可以执行了，在本例中就是当所有线程将每个项目计算完// 成之后屏障就被打破，从而计算每个值之和，即为所求结果new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("Computing series sum");double sum = 0;// 第一项为0.2f，但是经过Math.pow之后就变成了：0.20000000298023224for (double term : termArray) {sum += term;}System.out.println("ln(1-" + x + ") equals " + -sum);System.out.println(Thread.currentThread().getName());}});for (int i = 0; i < numberOfitems; i++) {new Thread(new NaturalLogCalc().new TermCalc(barrier, i), "Thread-"+ (i + 1)).start();}System.out.println("Waiting...");}// 每一个线程执行各自对应的项目，并放入数组中，便于计算总和// ln(1-x)=-(x + x2/2 + x3/3 + x4/4 + x5/5 + ...) where |x| < 1private class TermCalc implements Runnable {private int termIndex;private CyclicBarrier barrier;public TermCalc(CyclicBarrier barrier, int termIndex) {this.barrier = barrier;this.termIndex = termIndex;}@Overridepublic void run() {double result = Math.pow(x, termIndex + 1) / (termIndex + 1);termArray[termIndex] = result;System.out.println("Term " + (termIndex + 1) + ":" + result);try {barrier.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}}}

运行结果：

Waiting...Term 1:0.20000000298023224 //第一项为原始值float类型，计算之后为double，精度变大，所以不再是0.02，而是这个值。Term 10:1.0240001525879009E-8Term 6:1.0666667620341019E-5Term 9:5.688889651828388E-8Term 7:1.8285716193063003E-6Term 5:6.400000476837173E-5Term 2:0.020000000596046452Term 8:3.2000003814697465E-7Term 4:4.0000002384185847E-4Term 3:0.002666666785875958Computing series sumln(1-0.2) equals -0.22314355275894068Thread-3 //最后一个到达屏障的线程执行总和