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JUC中的循环栅栏CyclicBarrier的6种使用场景

前端2024-10-19 14:01:52

CyclicBarrier通常称为循环屏障。它和CountDownLatch很相似，都可以使线程先等待然后再执行。不过CountDownLatch是使一批线程等待另一批线程执行完后再执行；而CyclicBarrier只是使等待的线程达到一定数目后再让它们继续执行。故而CyclicBarrier内部也有一个计数器,计数器的初始值在创建对象时通过构造参数指定，每调用一次await()方法都将使阻塞的线程数+1，只有阻塞的线程数达到设定值时屏障才会打开，允许阻塞的所有线程继续执行。除此之外，CyclicBarrier还有几点需要注意的地方:

CyclicBarrier的计数器可以重置而CountDownLatch不行，这意味着CyclicBarrier实例可以被重复使用而CountDownLatch只能被使用一次。而这也是循环屏障循环二字的语义所在。
CyclicBarrier允许用户自定义barrierAction操作，这是个可选操作，可以在创建CyclicBarrier对象时指定。

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

一旦用户在创建CyclicBarrier对象时设置了barrierAction参数，则在阻塞线程数达到设定值屏障打开前，会调用barrierAction的run()方法完成用户自定义的操作。

场景一

公司组织旅游，大家都有经历过，10个人，中午到饭点了，需要等到10个人都到了才能开饭，先到的人坐那等着，代码如下：

 try {
                System.out.println("准备吃饭了======================>" + name);
                TimeUnit.SECONDS.sleep(sleep);
                //调用await()的时候，当前线程将会被阻塞，需要等待其他员工都到达await了才能继续
                cyclicBarrier2.await();
                System.out.println("开饭=======================>" + name);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }

代码中模拟了10个员工上桌吃饭的场景，等待所有员工都到齐了才能开发，可以看到第10个员工最慢，前面的都在等待第10个员工，员工1等待了9秒，上面代码中调用cyclicBarrier.await();会让当前线程等待。当10个员工都调用了cyclicBarrier.await();之后，所有处于等待中的员工都会被唤醒，然后继续运行。

场景二：重复使用CyclicBarrier

对示场景一进行改造一下，吃饭完毕之后，所有人都去车上，待所有人都到车上之后，驱车去下一景点玩。

package com.shiguiwu.springmybatis.thread;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @description: 循环
 * @author: stone
 * @date: Created by 2021/6/23 18:48
 * @version: 1.0.0
 * @pakeage: com.shiguiwu.springmybatis.thread
 */
public class CyclicBarrierTests {

    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(10);
    //最后一个线程执行改函数
    private static CyclicBarrier cyclicBarrier2 = new CyclicBarrier(10,()->{
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("w我迟到了，哈哈哈");
    });

    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    @Data
    public static class CyclicBarrierDemo implements Runnable {

        private String name;
        private int sleep;



        @Override
        public void run() {
            this.eat();
            this.drive();
        }

        void eat() {
            try {
                System.out.println("准备吃饭了======================>" + name);
                TimeUnit.SECONDS.sleep(sleep);
                //调用await()的时候，当前线程将会被阻塞，需要等待其他员工都到达await了才能继续
                cyclicBarrier2.await();
                System.out.println("开饭=======================>" + name);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        void drive() {
            try {
                System.out.println("准备开车了======================>" + name);
                TimeUnit.SECONDS.sleep(sleep);
                //调用await()的时候，当前线程将会被阻塞，需要等待其他员工都到达await了才能继续
                cyclicBarrier2.await();
                System.out.println("开车了=======================>" + name);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
           new  Thread(new CyclicBarrierDemo("t" + i, i)).start();
        }
    }
}

坑，又是员工10最慢，要提升效率了，不能吃的太多，得减肥。

代码中CyclicBarrier相当于使用了2次，第一次用于等待所有人到达后开饭，第二次用于等待所有人上车后驱车去下一景点。注意一些先到的员工会在其他人到达之前，都处于等待状态（cyclicBarrier.await();会让当前线程阻塞），无法干其他事情，等到最后一个人到了会唤醒所有人，然后继续。

CyclicBarrier内部相当于有个计数器（构造方法传入的），每次调用await();后，计数器会减1，并且await()方法会让当前线程阻塞，等待计数器减为0的时候，所有在await()上等待的线程被唤醒，然后继续向下执行，此时计数器又会被还原为创建时的值，然后可以继续再次使用。

CyclicBarrier原理

它没有像CountDownLatch和ReentrantLock使用AQS的state变量，而CyclicBarrier是直接借助ReentrantLock加上Condition 等待唤醒的功能进而实现的，在构建CyclicBarrier时，传入的值会赋值给CyclicBarrier内部维护count变量，也会赋值给parties变量（这是可以复用的关键），每次调用await时，会将count -1 ，操作count值是直接使用ReentrantLock来保证线程安全性，如果count不为0，则添加则condition队列中，如果count等于0时，则把节点从condition队列添加至AQS的队列中进行全部唤醒，并且将parties的值重新赋值为count的值（实现复用）
小结：CyclicBarrier则利用ReentrantLock和Condition，自身维护了count和parties变量。每次调用await将count-1，并将线程加入到condition队列上。等到count为0时，则将condition队列的节点移交至AQS队列，并全部释放。

总结

主管相当于 CountDownLatch，干活的小弟相当于做事情的线程。

老板交给主管了一个任务，让主管搞完之后立即上报给老板。主管下面有10个小弟，接到任务之后将任务划分为10个小任务分给每个小弟去干，主管一直处于等待状态（主管会调用await()方法，此方法会阻塞当前线程），让每个小弟干完之后通知一下主管（调用countDown()方法通知主管，此方法会立即返回），主管等到所有的小弟都做完了，会被唤醒，从await()方法上苏醒，然后将结果反馈给老板。期间主管会等待，会等待所有小弟将结果汇报给自己。

而CyclicBarrier是一批线程让自己等待，等待所有的线程都准备好了，自己才能继续。

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https://www.xamrdz.com/web/2ka1994796.html

场景一

场景二：重复使用CyclicBarrier

CyclicBarrier原理

总结

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