Java并发实例之CyclicBarrier的使用

谢建业

2023-03-14

本文向大家介绍Java并发实例之CyclicBarrier的使用，包括了Java并发实例之CyclicBarrier的使用的使用技巧和注意事项，需要的朋友参考一下

最近一直整并发这块东西，顺便写点Java并发的例子，给大家做个分享，也强化下自己记忆，如果有什么错误或者不当的地方，欢迎大家斧正。

CyclicBarrier是一种多线程并发控制实用工具，和CountDownLatch非常类似，它也可以实现线程间的计数等待，但是它的功能比CountDownLatch更加复杂且强大。

CyclicBarrier的介绍

CyclicBarrier 的字面意思是可循环（Cyclic）使用的屏障（Barrier）。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。线程进入屏障通过CyclicBarrier的await()方法。

CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction这个Runnable对象，方便处理更复杂的业务场景。

public CyclicBarrier(int parties) {
  this(parties, null);
}
public int getParties() {
  return parties;
}

实现原理：在CyclicBarrier的内部定义了一个Lock对象，每当一个线程调用CyclicBarrier的await方法时，将剩余拦截的线程数减1，然后判断剩余拦截数是否为0，如果不是，进入Lock对象的条件队列等待。如果是，执行barrierAction对象的Runnable方法，然后将锁的条件队列中的所有线程放入锁等待队列中，这些线程会依次的获取锁、释放锁，接着先从await方法返回，再从CyclicBarrier的await方法中返回。

CyclicBarrier主要用于一组线程之间的相互等待，而CountDownLatch一般用于一组线程等待另一组些线程。实际上可以通过CountDownLatch的countDown()和await()来实现CyclicBarrier的功能。即 CountDownLatch中的countDown()+await() = CyclicBarrier中的await()。注意：在一个线程中先调用countDown()，然后调用await()。

构造函数CyclicBarrier可以理解为循环栅栏，这个计数器可以反复使用。比如，假设我们将计数器设置为10，那么凑齐第一批10个线程后，计数器就会归零，然后接着凑齐下一批10个线程，这就是它的内在含义。

LOL和王者荣耀的玩家很多，许多人应该都有打大龙的经历，话说前期大家打算一起去偷大龙，由于前期大家都比较弱，需要五个人都齐了才能打大龙，这样程序该如何实现呢？本人很菜，开始我的代码是这么写的（哈哈大家不要纠结我的时间）：

public class KillDragon {
	/**
   * 模拟打野去打大龙
   */
	public static void dayePlayDragon(){
		System.out.println("打野在去打大龙的路上，需要10s");
	}
	/**
   * 模拟上单去打大龙
   */
	public static void shangdanPlayDragon(){
		System.out.println("上单在去打大龙的路上，需要10s");
	}
	/**
   * 模拟中单去打大龙
   */
	public static void zhongdanPlayDragon(){
		System.out.println("中单在去打大龙的路上，需要10s");
	}
	/**
   * 模拟ADC和辅助去打大龙
   */
	public static void adcAndFuzhuPlayDragon(){
		System.out.println("ADC和辅助在去打大龙的路上，需要10s");
	}
	/**
   * 模拟大家一起去打大龙
   */
	public static void killDragon()
	  {
		System.out.println("打大龙...");
	}
	public static void main(String[] args)
	  {
		dayePlayDragon();
		shangdanPlayDragon();
		zhongdanPlayDragon();
		adcAndFuzhuPlayDragon();
		killDragon();
	}

结果如下：

打野在去打大龙的路上，需要10s
上单在去打大龙的路上，需要10s
中单在去打大龙的路上，需要10s
ADC和辅助在去打大龙的路上，需要10s
打大龙...

　这完了，大家在路上的时间就花了40s了，显然是错误的。要是都这么干，对方把你塔都要偷光了。不行得改进下，怎么改呢，多线程并发执行，如是我改成了下面这样的，用volatile关键字。

private static volatile int i = 4;
  public static void main(String[] args) {
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        while (i!=0){

        }
        while (i==0) {
          killDragon();
          i--;
          long t = System.currentTimeMillis() - start;
          System.out.println("总共耗时："+t+"毫秒");
        }
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        dayePlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          i--;
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        shangdanPlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          i--;
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        zhongdanPlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          i--;
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        adcAndFuzhuPlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          i--;
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
  }

结果如下：

打野在去打大龙的路上，需要10s
上单在去打大龙的路上，需要10s
中单在去打大龙的路上，需要10s
ADC和辅助在去打大龙的路上，需要10s
打大龙...
总共耗时：10005毫秒

结果似乎还不错，但是处理起来实在是有点麻烦，需要 while (i!=0)一直在那循环着。这时候学到了用 CyclicBarrier来处理，代码如下:

public static void main(String[] args) {
    CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        try {
          barrier.await();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        killDragon();
        long t = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("总共耗时："+t+"毫秒");
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        dayePlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          barrier.await();
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        shangdanPlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          barrier.await();
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        zhongdanPlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          barrier.await();
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        adcAndFuzhuPlayDragon();
        try {
          Thread.sleep(10000);
          barrier.await();
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
  }

大家都没到达之前都等待，结果如下：

打野在去打大龙的路上，需要10s
上单在去打大龙的路上，需要10s
中单在去打大龙的路上，需要10s
ADC和辅助在去打大龙的路上，需要10s
打大龙...
总共耗时：10002毫秒

CyclicBarrier相当于线程的计数器：

CyclicBarrier初始化时规定一个数目，然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时，所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。

CyclicBarrier就象它名字的意思一样，可看成是个障碍，所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。

CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数，此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行。

当然这样使用CyclicBarrier和使用CountDownLatch是没什么区别的，正如前文所说的CyclicBarrier的功能更加的复杂且强大。给大家看一个《实战Java高并发程序设计》一书上的一个例子。

比如：司令下达命令，要求10个士兵去一起完成一项任务。这时，就会要求10个士兵先集合报道，接着，一起雄赳赳气昂昂地去执行任务。当10个士兵都执行完了任务，那么司机就可以对外宣称，任务完成。相比CountDownLatch，CyclicBarrier可以接受一个参数作为BarrierAction。所谓的BarrierAction就是当计数器一次计数完成后，系统会执行的动作。如下构造函数，其中，parties表示技术总数，也就是参与的线程总数。

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

下面示例演示了上述任务场景

public class CyclicBarrierDemo {
  public static class Soldier implements Runnable {
    private String soldier;
    private final CyclicBarrier cyclicBarrier;
    public Soldier(CyclicBarrier cyclicBarrier, String soldier) {
      this.soldier = soldier;
      this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
    }
    @Override
    public void run() {
      try {
        cyclicBarrier.await();
        doWork();
        cyclicBarrier.await();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      } catch (BrokenBarrierException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
    void doWork() {
      try {
        Thread.sleep(Math.abs(new Random().nextInt() % 10000));
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(soldier + ":任务完成");
    }
  }
  public static class BarrierRun implements Runnable {
    boolean flag;
    int N;
    public BarrierRun(boolean flag, int N) {
      this.flag = flag;
      this.N = N;
    }
    @Override
    public void run() {
      if (flag) {
        System.out.println("司令:[士兵" + N + "个,任务完成!");
      } else {
        System.out.println("司令:[士兵" + N + "个,集合完毕!");
        flag = true;
      }
    }
  }
  public static void main(String args[]) {
    final int N = 10;
    Thread[] allSoldier = new Thread[N];
    boolean flag = false;
    CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(N, new BarrierRun(flag, N));
    System.out.println("集合队伍!");
    for (int i = 0; i < N; i++) {
      System.out.println("士兵" + i + "报道!");
      allSoldier[i] = new Thread(new Soldier(cyclicBarrier, "士兵" + i));
      allSoldier[i].start();
    }
  }
}

执行结果如下：

集合队伍!
士兵0报道!
士兵1报道!
士兵2报道!
士兵3报道!
士兵4报道!
士兵5报道!
士兵6报道!
士兵7报道!
士兵8报道!
士兵9报道!
司令:[士兵10个,集合完毕!
士兵0:任务完成
士兵2:任务完成
士兵9:任务完成
士兵3:任务完成
士兵7:任务完成
士兵8:任务完成
士兵1:任务完成
士兵4:任务完成
士兵5:任务完成
士兵6:任务完成
司令:[士兵10个,任务完成!

总结

以上就是本文关于Java并发实例之CyclicBarrier的使用的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站：

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java并发学习之BlockingQueue实现生产者消费者详解

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如有不足之处，欢迎留言指出。期待您的宝贵意见！

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