引言

前面一篇文章我們《Java高并發(fā)編程基礎(chǔ)三大利器之CountDownLatch》它有一個缺點，就是它的計數(shù)器只能夠使用一次，也就是說當(dāng)計數(shù)器（state）減到為 0的時候，如果 再有線程調(diào)用去 await() 方法，該線程會直接通過，不會再起到等待其他線程執(zhí)行結(jié)果起到同步的作用。為了解決這個問題CyclicBarrier就應(yīng)運(yùn)而生了。

什么是CyclicBarrier

CyclicBarrier是什么？把它拆開來翻譯就是循環(huán)（Cycle）和屏障（Barrier）它的主要作用其實和CountDownLanch差不多，都是讓一組線程到達(dá)一個屏障時被阻塞，直到最后一個線程到達(dá)屏障時，屏障會被打開，所有被屏障阻塞的線程才會繼續(xù)執(zhí)行，不過它是可以循環(huán)執(zhí)行的，這是它與CountDownLanch最大的不同。CountDownLanch是只有當(dāng)最后一個線程把計數(shù)器置為0的時候，其他阻塞的線程才會繼續(xù)執(zhí)行。學(xué)習(xí)CyclicBarrier之前建議先去看看這幾篇文章：

• 《Java高并發(fā)編程基礎(chǔ)之AQS》
• 《Java高并發(fā)編程基礎(chǔ)三大利器之Semaphore》
• 《Java高并發(fā)編程基礎(chǔ)三大利器之CountDownLatch》

如何使用

我們首先先來看下關(guān)于使用CyclicBarrier的一個demo：比如游戲中有個關(guān)卡的時候，每次進(jìn)入下一關(guān)的時候都需要進(jìn)行加載一些地圖、特效背景音樂什么的只有全部加載完了才能夠進(jìn)行游戲:

/**demo 來源https://blog.csdn.net/lstcui/article/details/107389371
 * 公眾號【java金融】
 */
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("關(guān)卡 %d 的任務(wù) %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("本關(guān)卡所有的前置任務(wù)完成，開始游戲... ...");
            });
            new Thread(new PreTaskThread("加載地圖數(shù)據(jù)", cyclicBarrier)).start();
            new Thread(new PreTaskThread("加載人物模型", cyclicBarrier)).start();
            new Thread(new PreTaskThread("加載背景音樂", cyclicBarrier)).start();
        }
    }
}

輸出結(jié)果如下：我們可以看到每次游戲開始都會等當(dāng)前關(guān)卡把游戲的人物模型，地圖數(shù)據(jù)、背景音樂加載完成后才會開始進(jìn)行游戲。并且還是可以循環(huán)控制的。

源碼分析

結(jié)構(gòu)組成

    /** 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:用于保護(hù)屏障入口的鎖
• trip :達(dá)到屏障并且不能放行的線程在trip條件變量上等待
• parties :柵欄開啟需要的到達(dá)線程總數(shù)
• barrierCommand：最后一個線程到達(dá)屏障后執(zhí)行的回調(diào)任務(wù)
• generation：這是一個內(nèi)部類，通過它實現(xiàn)CyclicBarrier重復(fù)利用，每當(dāng)await達(dá)到最大次數(shù)的時候，就會重新new 一個，表示進(jìn)入了下一個輪回。里面只有一個boolean型屬性，用來表示當(dāng)前輪回是否有線程中斷。

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 {
               //獲取barrier當(dāng)前的 “代”也就是當(dāng)前循環(huán)
             final Generation g = generation;
            if (g.broken)
                throw new BrokenBarrierException();

            if (Thread.interrupted()) {
                breakBarrier();
                throw new InterruptedException();
            }
            // 每來一個線程調(diào)用await方法都會進(jìn)行減1
            int index = --count;
            if (index == 0) {  // tripped
                boolean ranAction = false;
                try {
                    final Runnable command = barrierCommand;
                    // new CyclicBarrier 傳入 的barrierCommand, command.run()這個方法是同步的，如果耗時比較多的話,是否執(zhí)行的時候需要考慮下是否異步來執(zhí)行。
                    if (command != null)
                        command.run();
                    ranAction = true;
                    // 這個方法1. 喚醒所有阻塞的線程，2. 重置下count（count 每來一個線程都會進(jìn)行減1）和generation，以便于下次循環(huán)。
                    nextGeneration();
                    return 0;
                } finally {
                    if (!ranAction)
                        breakBarrier();
                }
            }

            // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
            for (;;) {
                try {
                     // 進(jìn)入if條件，說明是不帶超時的await
                    if (!timed)
                         // 當(dāng)前線程會釋放掉lock，然后進(jìn)入到trip條件隊列的尾部，然后掛起自己，等待被喚醒。
                        trip.await();
                    else if (nanos > 0L)
                         //說明當(dāng)前線程調(diào)用await方法時 是指定了 超時時間的！
                        nanos = trip.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException ie) {
                     //Node節(jié)點在 條件隊列內(nèi) 時 收到中斷信號時 會拋出中斷異常！
                    //g == generation 成立，說明當(dāng)前代并沒有變化。
                    //! g.broken 當(dāng)前代如果沒有被打破，那么當(dāng)前線程就去打破，并且拋出異常..
                    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.
                    //執(zhí)行到else有幾種情況？
                    //1.代發(fā)生了變化，這個時候就不需要拋出中斷異常了，因為 代已經(jīng)更新了，這里喚醒后就走正常邏輯了..只不過設(shè)置下 中斷標(biāo)記。
                    //2.代沒有發(fā)生變化，但是代被打破了，此時也不用返回中斷異常，執(zhí)行到下面的時候會拋出  brokenBarrier異常。也記錄下中斷標(biāo)記位。
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    }
                }
               //喚醒后，執(zhí)行到這里，有幾種情況？
              //1.正常情況，當(dāng)前barrier開啟了新的一代（trip.signalAll()）
              //2.當(dāng)前Generation被打破，此時也會喚醒所有在trip上掛起的線程
              //3.當(dāng)前線程trip中等待超時，然后主動轉(zhuǎn)移到 阻塞隊列 然后獲取到鎖 喚醒。
                if (g.broken)
                    throw new BrokenBarrierException();
               //喚醒后，執(zhí)行到這里，有幾種情況？
            //1.正常情況，當(dāng)前barrier開啟了新的一代（trip.signalAll()）
            //2.當(dāng)前線程trip中等待超時，然后主動轉(zhuǎn)移到 阻塞隊列 然后獲取到鎖 喚醒。
                if (g != generation)
                    return index;
               //喚醒后，執(zhí)行到這里，有幾種情況？
            //.當(dāng)前線程trip中等待超時，然后主動轉(zhuǎn)移到 阻塞隊列 然后獲取到鎖 喚醒。
                if (timed && nanos <= 0L) {
                    breakBarrier();
                    throw new TimeoutException();
                }
            }
        } finally {
             lock.unlock();
        }
    }

小結(jié)

到了這里我們是不是可以知道為啥CyclicBarrier可以進(jìn)行循環(huán)計數(shù)？

• CyclicBarrier采用一個內(nèi)部類Generation來維護(hù)當(dāng)前循環(huán)，每一個await方法都會存儲當(dāng)前的generation，獲取到相同generation對象的屬于同一組，每當(dāng)count的次數(shù)耗盡就會重新new一個Generation并且重新設(shè)置count的值為parties，表示進(jìn)入下一次新的循環(huán)。

從這個await方法我們是不是可以知道只要有一個線程被中斷了，當(dāng)代的 generation的broken 就會被設(shè)置為true，所以會導(dǎo)致其他的線程也會被拋出BrokenBarrierException。相當(dāng)于一個失敗其他也必須失敗，感覺有“強(qiáng)一致性“的味道。

總結(jié)

• CountDownLanch是為計數(shù)器是設(shè)置一個值，當(dāng)多次執(zhí)行countdown后，計數(shù)器減為0的時候所有線程被喚醒，然后CountDownLanch失效，只能夠使用一次。
• CyclicBarrier是當(dāng)count為0時同樣喚醒全部線程，同時會重新設(shè)置count為parties，重新new一個generation來實現(xiàn)重復(fù)利用。

結(jié)束

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• 巨人的肩膀摘蘋果

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

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