JUC工具类: CyclicBarrier详解

2024 年 04 月 09 日

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在并发编程的领域，Java的 CyclicBarrier是一个同步辅助类，用于管理一组线程之间的合作流程，确保这些线程在继续执行之前达到一个公共的屏障点。这是一种非常有用的工具，特别适合于处理并行任务，在所有相关任务必须互相等待对方到达某一个点后才能继续执行的情况。

CyclicBarrier，顾名思义，循环使用的屏障。它允许一组线程互相等待，直到所有线程都达到了共同的屏障点（Barrier Point），在此之后，这些线程可以选择继续执行或执行某种公共的动作。与之类似的同步辅助类是 CountDownLatch，然而不同的是，CyclicBarrier可以在达到屏障时重置，所以它可以被重新使用。

特点和用法

屏障触发执行：CyclicBarrier支持一个可选的 Runnable命令，在屏障点上，当给定数量的参与线程都到达了后，该命令只会被执行一次，常被用作聚合任务或更新共享状态。
线程参与数量：在构造 CyclicBarrier的时候，你需要指定等待的线程数量。只有当足够数量的线程都执行了 await()调用时，屏障才会打开，线程才能继续执行。
循环使用：与 CountDownLatch一次性的特性不同，CyclicBarrier可以通过其 reset()方法重置屏障，以便同一组线程可以多次使用它。
超时与中断：CyclicBarrier的 await()方法支持超时参数和可以响应中断。如果任一线程 await()期间被中断，或者等待超时，所有正在等待的线程都将通过 BrokenBarrierException异常来响应这种情况。

实践场景

常见的使用案例包括并行计算逻辑，其中多个子任务在继续执行下一步之前必须等待对方完成。例如，在多个玩家的游戏中，可能需要等待所有玩家都做好准备，或者在科学计算中，涉及多步骤的计算，每一步都依赖于前一步的结果。

示例代码

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    // 在这里，假定屏障打开之前，需要有3个线程到达。
    private static final int PARTIES = 3;
    private static final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(PARTIES, 
        new Runnable() {
            // 当所有线程到达屏障时，首先执行的动作。
            public void run() {
                System.out.println("所有线程已到达屏障点，屏障现在开放，准备执行接下来的动作。");
            }
        }
    );

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < PARTIES; i++) {
            new Thread(new Worker(i)).start();
        }
    }

    static class Worker implements Runnable {
        private final int threadNumber;

        Worker(int threadNumber) {
            this.threadNumber = threadNumber;
        }

        public void run() {
            System.out.println("线程 " + threadNumber + " 正在工作。");
            try {
                // 该线程完成工作后，等待其他线程到达屏障点
                CyclicBarrierExample.barrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程 " + threadNumber + " 完成了等待，继续执行它的任务。");
        }
    }
}

在这段代码中，我们定义了一个 Worker内部类，模拟的是到达屏障点的线程执行体。一个 CyclicBarrier实例被创建，设置了必须有3个线程达到屏障点之后才能触发屏障打开的机制，并在屏障触发时输出相应信息。每个线程在到达屏障点后，等待 barrier.await()直到其他线程也到达，然后所有线程会几乎同时继续执行。

结论

CyclicBarrier是并发编程领域一个非常实用的同步辅助类，适用于并行任务场景，它提供了一种简便的线程同步机制。正确地理解和使用这个工具，对开发者来说，可以大大简化并行处理逻辑的复杂度，增强代码的健壮性与可维护性。