Java併發編程之CyclicBarrier

概述

　　CyclicBarrier是一個同步工具類，它允許一組線程互相等待，直到到達某個公共屏障點。與CountDownLatch不同的是該barrier在釋放等待線程後可以重用，所以稱它爲循環（Cyclic）的屏障（Barrier）。

　　CyclicBarrier支持一個可選的Runnable命令，在一組線程中的最後一個線程到達之後（但在釋放所有線程之前），該命令只在每個屏障點運行一次。若在繼續所有參與線程之前更新共享狀態，此屏障操作很有用。

使用

　　提供的方法：

//parties表示屏障攔截的線程數量，當屏障撤銷時，先執行barrierAction，然後在釋放所有線程
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
//barrierAction默認爲null
public CyclicBarrier(int parties)

/*
 *當前線程等待直到所有線程都調用了該屏障的await()方法
 *如果當前線程不是將到達的最後一個線程，將會被阻塞。解除阻塞的情況有以下幾種
 *    1）最後一個線程調用await()
 *    2）當前線程被中斷
    3）其他正在該CyclicBarrier上等待的線程被中斷
    4）其他正在該CyclicBarrier上等待的線程超時
    5）其他某個線程調用該CyclicBarrier的reset()方法
 *如果當前線程在進入此方法時已經設置了該線程的中斷狀態或者在等待時被中斷，將拋出InterruptedException，並且清除當前線程的已中斷狀態。
 *如果在線程處於等待狀態時barrier被reset()或者在調用await()時 barrier 被損壞，將拋出 BrokenBarrierException 異常。
 *如果任何線程在等待時被中斷，則其他所有等待線程都將拋出 BrokenBarrierException 異常，並將 barrier 置於損壞狀態。 *如果當前線程是最後一個將要到達的線程，並且構造方法中提供了一個非空的屏障操作（barrierAction），那麼在允許其他線程繼續運行之前，當前線程將運行該操作。如果在執行屏障操作過程中發生異常，則該異常將傳播到當前線程中，並將 barrier 置於損壞狀態。
 *
 *返回值爲當前線程的索引，0表示當前線程是最後一個到達的線程
 */
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
//在await()的基礎上增加超時機制，如果超出指定的等待時間，則拋出 TimeoutException 異常。如果該時間小於等於零，則此方法根本不會等待。
public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException

//將屏障重置爲其初始狀態。如果所有參與者目前都在屏障處等待，則它們將返回，同時拋出一個BrokenBarrierException。
public void reset()

　　對於失敗的同步嘗試，CyclicBarrier 使用了一種要麼全部要麼全不 (all-or-none) 的破壞模式：如果因爲中斷、失敗或者超時等原因，導致線程過早地離開了屏障點，那麼在該屏障點等待的其他所有線程也將通過 BrokenBarrierException（如果它們幾乎同時被中斷，則用 InterruptedException）以反常的方式離開。

　　使用示例：

　　　　每個Worker處理矩陣中的一行，在處理完所有的行之前，該線程將一直在屏障處等待。在各個WOrker處理完所有行後，將執行提供的Runnable屏障操作。

class Solver {
    final int N;    //矩陣的行數
    final float[][] data;    //要處理的矩陣
    final CyclicBarrier barrier;    //循環屏障

    class Worker implements Runnable {
        int myRow;
        Worker(int row) { myRow = row; }
        public void run() {
            while (!done()) {
                processRow(myRow);    //處理指定一行數據

                try {
                    barrier.await();     //在屏障處等待直到
                } catch (InterruptedException ex) { 
                    return; 
                } catch (BrokenBarrierException ex) {
                    return; 
                }
            }
        }
    }

    public Solver(float[][] matrix) {
        data = matrix;
        N = matrix.length;
        //初始化CyclicBarrier
        barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
                                           public void run() { 
                                             mergeRows(...); //合併行
                                           }
                                       });
        for (int i = 0; i < N; ++i) 
            new Thread(new Worker(i)).start();

        waitUntilDone();
    }
}

實現原理

　　基於ReentrantLock和Condition機制實現。除了getParties()方法，CyclicBarrier的其他方法都需要獲取鎖。

　

CyclicBarrier與CountDownLatch比較

　　1）CountDownLatch:一個線程(或者多個)，等待另外N個線程完成某個事情之後才能執行；CyclicBarrier:N個線程相互等待，任何一個線程完成之前，所有的線程都必須等待。

　　2）CountDownLatch:一次性的；CyclicBarrier:可以重複使用。

　　3）CountDownLatch基於AQS；CyclicBarrier基於鎖和Condition。本質上都是依賴於volatile和CAS實現的。