昨天我们学习了倒计数功能的等待，今天我们学习的是循环栅栏:CyclicBarrier。下面我们就开始吧：
1.CyclicBarrier简介
CyclicBarrier，是JDK1.5的java.util.concurrent并发包中提供的一个并发工具类。
所谓Cyclic即 循环 的意思，所谓Barrier即 屏障 的意思。
所以综合起来，CyclicBarrier指的就是 循环屏障，虽然这个叫法很奇怪，但是确能很好地表示它的作用。
其作用在JDK注释中是这样描述的：
翻译过来，如下：
- CyclicBarrier是一个同步辅助类，它允许一组线程相互等待直到所有线程都到达一个公共的屏障点。
- 在程序中有固定数量的线程，这些线程有时候必须等待彼此，这种情况下，使用CyclicBarrier很有帮助。
- 这个屏障之所以用循环修饰，是因为在所有的线程释放彼此之后，这个屏障是可以重新使用的。
CyclicBarrier的简单理解：
其实，我更喜欢[人满发车]这个词来理解CyclicBarrier的作用：
- 长途汽车站提供长途客运服务。
- 当等待坐车的乘客到达20人时，汽车站就会发出一辆长途汽车，让这20个乘客上车走人。
- 等到下次等待的乘客又到达20人是，汽车站就会又发出一辆长途汽车。
CyclicBarrier的应用场景：
CyclicBarrier常用于多线程分组计算。
2.CyclicBarrier方法说明
CyclicBarrier提供的方法有：
——CyclicBarrier(parties)
初始化相互等待的线程数量的构造方法。
——CyclicBarrier(parties,Runnable barrierAction)
初始化相互等待的线程数量以及屏障线程的构造方法。
屏障线程的运行时机：等待的线程数量=parties之后，CyclicBarrier打开屏障之前。
举例：在分组计算中，每个线程负责一部分计算，最终这些线程计算结束之后，交由屏障线程进行汇总计算。
——getParties()
获取CyclicBarrier打开屏障的线程数量，也成为方数。
——getNumberWaiting()
获取正在CyclicBarrier上等待的线程数量。
——await()
在CyclicBarrier上进行阻塞等待，直到发生以下情形之一：
在CyclicBarrier上等待的线程数量达到parties，则所有线程被释放，继续执行。
当前线程被中断，则抛出InterruptedException异常，并停止等待，继续执行。
其他等待的线程被中断，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
其他等待的线程超时，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
其他线程调用CyclicBarrier.reset()方法，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
——await(timeout,TimeUnit)
在CyclicBarrier上进行限时的阻塞等待，直到发生以下情形之一：
在CyclicBarrier上等待的线程数量达到parties，则所有线程被释放，继续执行。
当前线程被中断，则抛出InterruptedException异常，并停止等待，继续执行。
当前线程等待超时，则抛出TimeoutException异常，并停止等待，继续执行。
其他等待的线程被中断，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
其他等待的线程超时，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
其他线程调用CyclicBarrier.reset()方法，则当前线程抛出BrokenBarrierException异常，并停止等待，继续执行。
——isBroken()
获取是否破损标志位broken的值，此值有以下几种情况：
CyclicBarrier初始化时，broken=false，表示屏障未破损。
如果正在等待的线程被中断，则broken=true，表示屏障破损。
如果正在等待的线程超时，则broken=true，表示屏障破损。
如果有线程调用CyclicBarrier.reset()方法，则broken=false，表示屏障回到未破损状态。
——reset()
使得CyclicBarrier回归初始状态，直观来看它做了两件事：
如果有正在等待的线程，则会抛出BrokenBarrierException异常，且这些线程停止等待，继续执行。
将是否破损标志位broken置为false。
3.CyclicBarrier方法练习
3.1.练习一
练习目的：
- 了解CyclicBarrier(parties)/getParties()/await()/getNumberWaiting()的基本用法。
- 理解循环的意义。
//构造函数1：初始化-开启屏障的方数 CyclicBarrier barrier0 = new CyclicBarrier(2); //通过barrier.getParties()获取开启屏障的方数 LOGGER.info("barrier.getParties()获取开启屏障的方数：" + barrier0.getParties()); System.out.println(); //通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数 LOGGER.info("通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数：初始----" + barrier0.getNumberWaiting()); System.out.println(); new Thread(() -> { //添加一个等待线程 LOGGER.info("添加第1个等待线程----" + Thread.currentThread().getName()); try { barrier0.await(); LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is running..."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is terminated."); }).start(); Thread.sleep(10); //通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数 LOGGER.info("通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数：添加第1个等待线程---" + barrier0.getNumberWaiting()); Thread.sleep(10); System.out.println(); new Thread(() -> { //添加一个等待线程 LOGGER.info("添加第2个等待线程----" + Thread.currentThread().getName()); try { barrier0.await(); LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is running..."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is terminated."); }).start(); Thread.sleep(100); System.out.println(); //通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数 LOGGER.info("通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数：打开屏障之后---" + barrier0.getNumberWaiting()); //已经打开的屏障，再次有线程等待的话，还会重新生效--视为循环 new Thread(() -> { LOGGER.info("屏障打开之后，再有线程加入等待：" + Thread.currentThread().getName()); try { //BrokenBarrierException barrier0.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is terminated."); }).start(); System.out.println(); Thread.sleep(10); LOGGER.info("通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数：打开屏障之后---" + barrier0.getNumberWaiting()); Thread.sleep(10); new Thread(() -> { LOGGER.info("屏障打开之后，再有线程加入等待：" + Thread.currentThread().getName()); try { //BrokenBarrierException barrier0.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is terminated."); }).start(); Thread.sleep(10); LOGGER.info("通过barrier.getNumberWaiting()获取正在等待的线程数：打开屏障之后---" + barrier0.getNumberWaiting());
3.2.练习二
练习目的：
-
熟悉reset()的用法
-
理解回归初始状态的意义
CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(2); //如果是一个初始的CyclicBarrier，则reset()之后，什么也不会发生 LOGGER.info("如果是一个初始的CyclicBarrier，则reset()之后，什么也不会发生"); barrier2.reset(); System.out.println(); Thread.sleep(100); //如果是一个已经打开一次的CyclicBarrier，则reset()之后，什么也不会发生 ExecutorService executorService2 = Executors.newCachedThreadPool(); //等待两次 for (int i = 0; i < 2; i++) { executorService2.submit(() -> { try { barrier2.await(); LOGGER.info("222屏障已经打开."); } catch (InterruptedException e) { //e.printStackTrace(); LOGGER.info("222被中断"); } catch (BrokenBarrierException e) { //e.printStackTrace(); LOGGER.info("222被重置"); } }); } barrier2.reset(); Thread.sleep(100); System.out.println(); //如果是一个 有线程正在等待的线程，则reset()方法会使正在等待的线程抛出异常 executorService2.submit(() -> { executorService2.submit(() -> { try { barrier2.await(); LOGGER.info("333屏障已经打开."); } catch (InterruptedException e) { //e.printStackTrace(); LOGGER.info("333被中断"); } catch (BrokenBarrierException e) { LOGGER.info("在等待过程中，执行reset()方法，等待的线程抛出BrokenBarrierException异常，并不再等待"); //e.printStackTrace(); } }); }); Thread.sleep(100); barrier2.reset(); executorService2.shutdown(); break;
3.3.练习三
练习目的：
-
练习await()/await(timeout,TimeUnit)/isBroken()的使用方法
-
理解破损标志位broken的状态转换
CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(3); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); //添加一个用await()等待的线程 executorService.submit(() -> { try { //等待，除非：1.屏障打开;2.本线程被interrupt;3.其他等待线程被interrupted;4.其他等待线程timeout;5.其他线程调用reset() barrier1.await(); } catch (InterruptedException e) { LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is interrupted."); //e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is been broken."); //e.printStackTrace(); } }); Thread.sleep(10); LOGGER.info("刚开始，屏障是否破损：" + barrier1.isBroken()); //添加一个等待线程-并超时 executorService.submit(() -> { try { //等待1s，除非：1.屏障打开(返回true);2.本线程被interrupt;3.本线程timeout;4.其他等待线程被interrupted;5.其他等待线程timeout;6.其他线程调用reset() barrier1.await(1, TimeUnit.SECONDS); } catch (InterruptedException e) { LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is interrupted."); //e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is been reset()."); //e.printStackTrace(); } catch (TimeoutException e) { LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " is timeout."); //e.printStackTrace(); } }); Thread.sleep(100); LOGGER.info("当前等待线程数量：" + barrier1.getNumberWaiting()); Thread.sleep(1000); LOGGER.info("当前等待线程数量：" + barrier1.getNumberWaiting()); LOGGER.info("当等待的线程timeout时，当前屏障是否破损：" + barrier1.isBroken()); LOGGER.info("等待的线程中，如果有一个出现问题，则此线程会抛出相应的异常；其他线程都会抛出BrokenBarrierException异常。"); System.out.println(); Thread.sleep(5000); //通过reset()重置屏障回初始状态，也包括是否破损 barrier1.reset(); LOGGER.info("reset()之后，当前屏障是否破损：" + barrier1.isBroken()); LOGGER.info("reset()之后，当前等待线程数量：" + barrier1.getNumberWaiting()); executorService.shutdown();
3.4.练习四
练习目的：
-
练习CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)的用法
-
理解屏障线程的意义
//构造器：设置屏障放开前做的事情 CyclicBarrier barrier3 = new CyclicBarrier(2, () -> { LOGGER.info("屏障放开，[屏障线程]先运行！"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } LOGGER.info("[屏障线程]的事情做完了!"); }); for (int i = 0; i < 2; i++) { new Thread(() -> { LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " 等待屏障放开"); try { barrier3.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + "开始干活...干活结束"); }).start(); }
4.应用场景
场景说明：
- 模拟多线程分组计算
- 有一个大小为50000的随机数组，用5个线程分别计算10000个元素的和
- 然后在将计算结果进行合并，得出最后的结果。
重点分析：
- 用5个线程分别计算：定义一个大小为5的线程池。
- 计算结果进行合并：定义一个屏障线程，将上面5个线程计算的子结果信息合并。
/** * <p>CyclicBarrier-循环屏障-模拟多线程计算</p> * * @author hanchao 2018/3/29 22:48 **/ public static void main(String[] args) { //数组大小 int size = 50000; //定义数组 int[] numbers = new int[size]; //随机初始化数组 for (int i = 0; i < size; i++) { numbers[i] = RandomUtils.nextInt(100, 1000); } //单线程计算结果 System.out.println(); Long sum = 0L; for (int i = 0; i < size; i++) { sum += numbers[i]; } LOGGER.info("单线程计算结果：" + sum); //多线程计算结果 //定义线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); //定义五个Future去保存子数组计算结果 final int[] results = new int[5]; //定义一个循环屏障，在屏障线程中进行计算结果合并 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5, () -> { int sums = 0; for (int i = 0; i < 5; i++) { sums += results[i]; } LOGGER.info("多线程计算结果：" + sums); }); //子数组长度 int length = 10000; //定义五个线程去计算 for (int i = 0; i < 5; i++) { //定义子数组 int[] subNumbers = Arrays.copyOfRange(numbers, (i * length), ((i + 1) * length)); //盛放计算结果 int finalI = i; executorService.submit(() -> { for (int j = 0; j < subNumbers.length; j++) { results[finalI] += subNumbers[j]; } //等待其他线程进行计算 try { barrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }); } //关闭线程池 executorService.shutdown(); }
运行结果：
2018-04-01 17:05:47 INFO - 单线程计算结果：27487277 2018-04-01 17:05:47 INFO - 多线程计算结果：27487277