此篇博客所有源碼均來自JDK 1.8
CyclicBarrier，一個同步輔助類，在API中是這么介紹的：
它允許一組線程互相等待，直到到達某個公共屏障點 (common barrier point)。在涉及一組固定大小的線程的程序中，這些線程必須不時地互相等待，此時 CyclicBarrier 很有用。因為該 barrier 在釋放等待線程后可以重用，所以稱它為循環(huán) 的 barrier。
通俗點講就是：讓一組線程到達一個屏障時被阻塞，直到最后一個線程到達屏障時，屏障才會開門，所有被屏障攔截的線程才會繼續(xù)干活。
實現(xiàn)分析
CyclicBarrier的結(jié)構(gòu)如下：
通過上圖我們可以看到CyclicBarrier的內(nèi)部是使用重入鎖ReentrantLock和Condition。它有兩個構(gòu)造函數(shù)：
CyclicBarrier(int parties)：創(chuàng)建一個新的 CyclicBarrier，它將在給定數(shù)量的參與者（線程）處于等待狀態(tài)時啟動，但它不會在啟動 barrier 時執(zhí)行預(yù)定義的操作。
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) ：創(chuàng)建一個新的 CyclicBarrier，它將在給定數(shù)量的參與者（線程）處于等待狀態(tài)時啟動，并在啟動 barrier 時執(zhí)行給定的屏障操作，該操作由最后一個進入 barrier 的線程執(zhí)行。
parties表示攔截線程的數(shù)量。
barrierAction 為CyclicBarrier接收的Runnable命令，用于在線程到達屏障時，優(yōu)先執(zhí)行barrierAction ，用于處理更加復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景。
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}
public CyclicBarrier(int parties) {
this(parties, null);
}
在CyclicBarrier中最重要的方法莫過于await()方法，在所有參與者都已經(jīng)在此 barrier 上調(diào)用 await 方法之前，將一直等待。如下：
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
return dowait(false, 0L);//不超時等待
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen
}
}
await()方法內(nèi)部調(diào)用dowait(boolean timed, long nanos)方法：
private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
//獲取鎖
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//分代
final Generation g = generation;
//當(dāng)前generation“已損壞”，拋出BrokenBarrierException異常
//拋出該異常一般都是某個線程在等待某個處于“斷開”狀態(tài)的CyclicBarrie
if (g.broken)
//當(dāng)某個線程試圖等待處于斷開狀態(tài)的 barrier 時，或者 barrier 進入斷開狀態(tài)而線程處于等待狀態(tài)時，拋出該異常
throw new BrokenBarrierException();
//如果線程中斷，終止CyclicBarrier
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
//進來一個線程 count - 1
int index = --count;
//count == 0 表示所有線程均已到位，觸發(fā)Runnable任務(wù)
if (index == 0) { // tripped
boolean ranAction = false;
try {
final Runnable command = barrierCommand;
//觸發(fā)任務(wù)
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
//喚醒所有等待線程，并更新generation
nextGeneration();
return 0;
} finally {
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
for (;;) {
try {
//如果不是超時等待，則調(diào)用Condition.await()方法等待
if (!timed)
trip.await();
else if (nanos > 0L)
//超時等待，調(diào)用Condition.awaitNanos()方法等待
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
if (g == generation && ! g.broken) {
breakBarrier();
throw ie;
} else {
// We're about to finish waiting even if we had not
// been interrupted, so this interrupt is deemed to
// "belong" to subsequent execution.
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
//generation已經(jīng)更新，返回index
if (g != generation)
return index;
//“超時等待”，并且時間已到,終止CyclicBarrier，并拋出異常
if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
//釋放鎖
lock.unlock();
}
}
其實await()的處理邏輯還是比較簡單的：如果該線程不是到達的最后一個線程，則他會一直處于等待狀態(tài)，除非發(fā)生以下情況：
- 最后一個線程到達，即index == 0
- 超出了指定時間（超時等待）
- 其他的某個線程中斷當(dāng)前線程
- 其他的某個線程中斷另一個等待的線程
- 其他的某個線程在等待barrier超時
- 其他的某個線程在此barrier調(diào)用reset()方法。reset()方法用于將屏障重置為初始狀態(tài)。
在上面的源代碼中，我們可能需要注意Generation 對象，在上述代碼中我們總是可以看到拋出BrokenBarrierException異常，那么什么時候拋出異常呢？如果一個線程處于等待狀態(tài)時，如果其他線程調(diào)用reset()，或者調(diào)用的barrier原本就是被損壞的，則拋出BrokenBarrierException異常。同時，任何線程在等待時被中斷了，則其他所有線程都將拋出BrokenBarrierException異常，并將barrier置于損壞狀態(tài)。
同時，Generation描述著CyclicBarrier的更顯換代。在CyclicBarrier中，同一批線程屬于同一代。當(dāng)有parties個線程到達barrier，generation就會被更新?lián)Q代。其中broken標(biāo)識該當(dāng)前CyclicBarrier是否已經(jīng)處于中斷狀態(tài)。
private static class Generation {
boolean broken = false;
}
默認(rèn)barrier是沒有損壞的。
當(dāng)barrier損壞了或者有一個線程中斷了，則通過breakBarrier()來終止所有的線程：
private void breakBarrier() {
generation.broken = true;
count = parties;
trip.signalAll();
}
在breakBarrier()中除了將broken設(shè)置為true，還會調(diào)用signalAll將在CyclicBarrier處于等待狀態(tài)的線程全部喚醒。
當(dāng)所有線程都已經(jīng)到達barrier處（index == 0），則會通過nextGeneration()進行更新?lián)Q地操作，在這個步驟中，做了三件事：喚醒所有線程，重置count，generation。
private void nextGeneration() {
trip.signalAll();
count = parties;
generation = new Generation();
}
CyclicBarrier同時也提供了await(long timeout, TimeUnit unit) 方法來做超時控制，內(nèi)部還是通過調(diào)用doawait()實現(xiàn)的。
應(yīng)用場景
CyclicBarrier試用與多線程結(jié)果合并的操作，用于多線程計算數(shù)據(jù)，最后合并計算結(jié)果的應(yīng)用場景。比如我們需要統(tǒng)計多個Excel中的數(shù)據(jù)，然后等到一個總結(jié)果。我們可以通過多線程處理每一個Excel，執(zhí)行完成后得到相應(yīng)的結(jié)果，最后通過barrierAction來計算這些線程的計算結(jié)果，得到所有Excel的總和。
應(yīng)用示例
比如我們開會只有等所有的人到齊了才會開會，如下：
public class CyclicBarrierTest {
private static CyclicBarrier cyclicBarrier;
static class CyclicBarrierThread extends Thread{
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "到了");
//等待
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args){
cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5, new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("人到齊了，開會吧....");
}
});
for(int i = 0 ; i < 5 ; i++){
new CyclicBarrierThread().start();
}
}
}
運行結(jié)果：
