Java并发编程之详解CyclicBarrier线程同步

CyclicBarrier线程同步

java.util.concurrent.CyclicBarrier提供了一种多线程彼此等待的同步机制,可以把它理解成一个障碍,所有先到达这个障碍的线程都将将处于等待状态,直到所有线程都到达这个障碍处,所有线程才能继续执行。

举个例子:CyclicBarrier的同步方式有点像朋友们约好了去旅游,在景点入口处集合,这个景点入口就是一个Barrier障碍,等待大家都到了才一起进入景点游览参观。 进入景点后大家去爬山,有的人爬得快,有的人爬的慢,大家约好了山顶集合,所以山顶就又是一个Barrier障碍,等待大家都到了山顶才一起下山。

下面是一张图来说明这个问题。

每个线程通过调用await(),在CyclicBarrier障碍处“彼此等待”,一旦所有的线程都到达了CyclicBarrier(都调用了CyclicBarrier方法),所有的线程将一起再次被唤醒继续执行。

1.创建CyclicBarrier障碍

当创建CyclicBarrier的时候,需要指定需要控制多少个线程同步。比如下面的CyclicBarrier设置为控制2个线程同步。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2);

2. 在CyclicBarrier障碍处等待

通过调用CyclicBarrier的await()方法进入等待状态,通常在线程完成自己的阶段性任务之后调用该方法。

barrier.await();

CyclicBarrier也提供了另一种方法指定等待超时的时间,当等待时间大于超时时间之后,即使还有其他的线程没调用await方法,该线程将自动唤醒继续执行。(朋友们约好了去旅游,等了10分钟你还不来,我就自己先去了)。

barrier.await(10, TimeUnit.SECONDS);

The waiting threads waits at theCyclicBarrieruntil either:

CyclicBarrier处等待的线程被释放,继续执行的条件(满足下面的任一条件即可)

  • 最后到达的线程调用了await() 方法
  • 该线程被另一个线程打断(另一个线程调用其interrupt()方法)。
  • 另一个处于等待状态的线程被打断
  • 另一个处于等待状态的线程在CyclicBarrier处等待时超时。
  • 某个外部线程调用了CyclicBarrier.reset()拆除障碍。

3. CyclicBarrier Action

CyclicBarrier Action 相对不太好理解,可以把它理解为障碍自身的行为。该Action动作是一个线程,所有的线程都到达障碍之后,该线程将被执行。

Runnable      barrierAction =   创建线程;
CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(2, barrierAction);

如果这段代码仍然无法理解CyclicBarrier Action的作用,看下面的例子。

4. CyclicBarrier 例子

下面的代码演示了如何使用CyclicBarrier进行线程同步:

Runnable barrier1Action = new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("障碍1集合成功了,所有人都到了景点门口 ");
    }
};
Runnable barrier2Action = new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("障碍2集合成功了,所有人都到了山顶");
    }
};

//障碍1 景点门口
CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(2, barrier1Action);
//障碍2 山顶
CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(2, barrier2Action);

//旅游计划,阶段目标一:景点门口集合
CyclicBarrierRunnable barrierRunnable1 =
        new CyclicBarrierRunnable(barrier1, barrier2);
//旅游计划,阶段目标二:爬山到山顶集合
CyclicBarrierRunnable barrierRunnable2 =
        new CyclicBarrierRunnable(barrier1, barrier2);

new Thread(barrierRunnable1).start();  //游客A,Thread-0
new Thread(barrierRunnable2).start();  //游客B,Thread-1

下面是一个线程类CyclicBarrierRunnable,启动一个就代表一个游客

public class CyclicBarrierRunnable implements Runnable{

    CyclicBarrier barrier1 = null;  //障碍1
    CyclicBarrier barrier2 = null;  //障碍2

    public CyclicBarrierRunnable( CyclicBarrier barrier1,CyclicBarrier barrier2) {
        this.barrier1 = barrier1;
        this.barrier2 = barrier2;
    }

    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);  //这里写出发去景点的过程代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 到达景点门口");
            this.barrier1.await();

            Thread.sleep(1000);  //这里写爬山的过程代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 爬山爬到山顶");
            this.barrier2.await();

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 玩的不错,下山回家!");

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

下面的输出是上文代码的执行打印结果,多执行几次上文的代码会发现Thread-0 和 Thread-1 在障碍1和障碍2处的到达先后顺序是不确定的,但是总是先到的等后到的再继续执行。

Thread-0 到达景点门口
Thread-1 到达景点门口
障碍1集合成功了,所有人都到了景点门口
Thread-1 爬山爬到山顶
Thread-0 爬山爬到山顶
障碍2集合成功了,所有人都到了山顶
Thread-0 玩的不错,下山回家!
Thread-1 玩的不错,下山回家!

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