解析阿里一面CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

引言

前面一篇文章我们《Java线程并发工具类CountDownLatch原理及用法》它有一个缺点,就是它的计数器只能够使用一次,也就是说当计数器(state)减到为 0的时候,如果 再有线程调用去 await() 方法,该线程会直接通过,不会再起到等待其他线程执行结果起到同步的作用。为了解决这个问题CyclicBarrier就应运而生了。

什么是CyclicBarrier

CyclicBarrier是什么?把它拆开来翻译就是循环(Cycle)和屏障(Barrier

它的主要作用其实和CountDownLanch差不多,都是让一组线程到达一个屏障时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障会被打开,所有被屏障阻塞的线程才会继续执行,不过它是可以循环执行的,这是它与CountDownLanch最大的不同。CountDownLanch是只有当最后一个线程把计数器置为0的时候,其他阻塞的线程才会继续执行。学习CyclicBarrier之前建议先去看看这几篇文章:

《Java高并发编程基础之AQS》

《Java高并发编程基础三大利器之Semaphore》

《Java高并发编程基础三大利器之CountDownLatch》

如何使用

我们首先先来看下关于使用CyclicBarrier的一个demo:比如游戏中有个关卡的时候,每次进入下一关的时候都需要进行加载一些地图、特效背景音乐什么的只有全部加载完了才能够进行游戏:

public class CyclicBarrierExample { static class PreTaskThread implements Runnable { private String task; private CyclicBarrier cyclicBarrier; public PreTaskThread(String task, CyclicBarrier cyclicBarrier) {  this.task = task;  this.cyclicBarrier = cyclicBarrier; } @Override public void run() {  for (int i = 0; i < 4; i++) {  Random random = new Random();  try {   Thread.sleep(random.nextInt(1000));   System.out.println(String.format("关卡 %d 的任务 %s 完成", i, task));   cyclicBarrier.await();  } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {   e.printStackTrace();  }  } } public static void main(String[] args) {  CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, () -> {  System.out.println("本关卡所有的前置任务完成,开始游戏... ...");  });  new Thread(new PreTaskThread("加载地图数据", cyclicBarrier)).start();  new Thread(new PreTaskThread("加载人物模型", cyclicBarrier)).start();  new Thread(new PreTaskThread("加载背景音乐", cyclicBarrier)).start(); } }}

输出结果如下:

我们可以看到每次游戏开始都会等当前关卡把游戏的人物模型,地图数据、背景音乐加载完成后才会开始进行游戏。并且还是可以循环控制的。

源码分析

结构组成

 /** The lock for guarding barrier entry */ private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** Condition to wait on until tripped */ private final Condition trip = lock.newCondition(); /** The number of parties */ private final int parties; /* The command to run when tripped */ private final Runnable barrierCommand; /** The current generation */ private Generation generation = new Generation();

lock:用于保护屏障入口的锁 trip :达到屏障并且不能放行的线程在trip条件变量上等待 parties :栅栏开启需要的到达线程总数barrierCommand:最后一个线程到达屏障后执行的回调任务 generation:这是一个内部类,通过它实现CyclicBarrier重复利用,每当await达到最大次数的时候,就会重新new 一个,表示进入了下一个轮回。里面只有一个boolean型属性,用来表示当前轮回是否有线程中断。

主要方法

await方法

 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try {  return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) {  throw new Error(toe); // cannot happen } } /** * Main barrier code, covering the various policies. */ private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException,  TimeoutException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock();  try {  //获取barrier当前的 “代”也就是当前循环  final Generation g = generation;  if (g.broken)  throw new BrokenBarrierException();  if (Thread.interrupted()) {  breakBarrier();  throw new InterruptedException();  }  // 每来一个线程调用await方法都会进行减1  int index = --count;  if (index == 0) { // tripped  boolean ranAction = false;  try {   final Runnable command = barrierCommand;   // new CyclicBarrier 传入 的barrierCommand, command.run()这个方法是同步的,如果耗时比较多的话,是否执行的时候需要考虑下是否异步来执行。   if (command != null)   command.run();   ranAction = true;   // 这个方法1. 唤醒所有阻塞的线程,2. 重置下count(count 每来一个线程都会进行减1)和generation,以便于下次循环。   nextGeneration();   return 0;  } finally {   if (!ranAction)   breakBarrier();  }  }  // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out  for (;;) {  try {   // 进入if条件,说明是不带超时的await   if (!timed)    // 当前线程会释放掉lock,然后进入到trip条件队列的尾部,然后挂起自己,等待被唤醒。   trip.await();   else if (nanos > 0L)    //说明当前线程调用await方法时 是指定了 超时时间的!   nanos = trip.awaitNanos(nanos);  } catch (InterruptedException ie) {   //Node节点在 条件队列内 时 收到中断信号时 会抛出中断异常!   //g == generation 成立,说明当前代并没有变化。   //! g.broken 当前代如果没有被打破,那么当前线程就去打破,并且抛出异常..   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.   //执行到else有几种情况?   //1.代发生了变化,这个时候就不需要抛出中断异常了,因为 代已经更新了,这里唤醒后就走正常逻辑了..只不过设置下 中断标记。   //2.代没有发生变化,但是代被打破了,此时也不用返回中断异常,执行到下面的时候会抛出 brokenBarrier异常。也记录下中断标记位。   Thread.currentThread().interrupt();   }  }  //唤醒后,执行到这里,有几种情况?  //1.正常情况,当前barrier开启了新的一代(trip.signalAll())  //2.当前Generation被打破,此时也会唤醒所有在trip上挂起的线程  //3.当前线程trip中等待超时,然后主动转移到 阻塞队列 然后获取到锁 唤醒。  if (g.broken)   throw new BrokenBarrierException();  //唤醒后,执行到这里,有几种情况?  //1.正常情况,当前barrier开启了新的一代(trip.signalAll())  //2.当前线程trip中等待超时,然后主动转移到 阻塞队列 然后获取到锁 唤醒。  if (g != generation)   return index;  //唤醒后,执行到这里,有几种情况?  //.当前线程trip中等待超时,然后主动转移到 阻塞队列 然后获取到锁 唤醒。  if (timed && nanos <= 0L) {   breakBarrier();   throw new TimeoutException();  }  } } finally {  lock.unlock(); } }

小结

到了这里我们是不是可以知道为啥CyclicBarrier可以进行循环计数?CyclicBarrier采用一个内部类Generation来维护当前循环,每一个await方法都会存储当前的generation,获取到相同generation对象的属于同一组,每当count的次数耗尽就会重新new一个Generation并且重新设置count的值为parties,表示进入下一次新的循环。从这个await方法我们是不是可以知道只要有一个线程被中断了,当代的 generationbroken 就会被设置为true,所以会导致其他的线程也会被抛出BrokenBarrierException。相当于一个失败其他也必须失败,感觉有“强一致性“的味道。

总结

CountDownLanch是为计数器是设置一个值,当多次执行countdown后,计数器减为0的时候所有线程被唤醒,然后CountDownLanch失效,只能够使用一次。

CyclicBarrier是当count0时同样唤醒全部线程,同时会重新设置countparties,重新new一个generation来实现重复利用。

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巨人的肩膀摘苹果

https://javajr.cn/http://www.360doc.com/content/20/0812/08/55930996_929792021.shtmlhttps://www.cnblogs.com/xxyyy/p/12958160.html

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