面了十几家，每次都变着花样问的CyclicBarrier详解

之前介绍了java中另一个同步工具类CountDownLatch，这篇文章主要介绍CyclicBarrier。重要性不必多说，面试的时候，面试官兜兜转转给了特定场景下的问题，最后提醒才回答上。所以如果你面试用到的话，一定要结合很多场景回答。

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一、概念理解

CyclicBarrier允许一组线程在到达某个栅栏点(common barrier point)互相等待，直到最后一个线程到达栅栏点，栅栏才会打开，处于阻塞状态的线程恢复继续执行。

就比如说我们在打王者的时候，十个人必须全部加载到100%，才可以开局。否则只要有一个人没有加载到100%,那这个游戏就不能开始。先加载完成的玩家必须等待最后一个玩家加载成功才可以。如果你实在记不住，你可以想象成人满发车的长途，就算你是第一个上车的人，也要等待车满才可以发车。否则车上所有人都要等待。

与CountDownLatch的区别就是是否相互等待。举一个例子，CountDownLatch就好比是马拉松比赛，跑完的人不用等待其他选手是否结束，而CyclicBarrier需要等最后一个玩家加载结束。这就是区别。

我们直接代码演示一下这个例子。

二、代码演示

在这里我们同样使用的是打王者的例子。

首先我们定义main线程：

 
 
 
 
  
  
  
  public class CyclicBarrierTest { 
  
  
  
   public static void main(String[] args) { 
  
  
  
    //第一步：定义玩家，这里写了5个 
  
  
  
    String[] heros  = {"孙悟空","猪八戒","狄仁杰","鲁班","甄姬"}; 
  
  
  
    //第二步：使用线程池来运行，也是5个。 
  
  
  
    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5); 
  
  
  
    //第三步：常见围栏，也是5个 
  
  
  
    final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(10); 
  
  
  
    //第四步：通过for循环传递给每一个玩家和围栏 
  
  
  
    for (int i = 0; i < 10; i++) { 
  
  
  
              service.execute(new Player(heros[i], barrier)); 
  
  
  
          } 
  
  
  
    service.shutdown(); 
  
  
  
   } 
  
  
  
  }

上面的代码我们已经解释清楚了，主要是通过线程池运行玩家，并传递给每一个玩家名字和围栏。下面我们就看看这个Player玩家线程如何实现的。

 
 
 
 
  
  
  
  public class Player implements Runnable { 
  
  
  
   private final String hero; 
  
  
  
      private final CyclicBarrier barrier; 
  
  
  
   public Player(String hero, CyclicBarrier barrier) { 
  
  
  
    this.hero = hero; 
  
  
  
    this.barrier = barrier; 
  
  
  
   } 
  
  
  
   @Override 
  
  
  
   public void run() { 
  
  
  
    try { 
  
  
  
     //每一个英雄加载成功的时间不一样，所以这里用了随机数 
  
  
  
     TimeUnit.SECONDS.sleep(1 + (new Random().nextInt(5))); 
  
  
  
     System.out.println(hero + "开始加载==========等待其他玩家加载成功"); 
  
  
  
     barrier.await(); 
  
  
  
     System.out.println(hero + "：看到所有玩家加载成功，比赛开始"); 
  
  
  
    } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { 
  
  
  
     e.printStackTrace(); 
  
  
  
    } 
  
  
  
   } 
  
  
  
  }

在这个player线程中，我们使用随机数来表示每个玩家不同的加载时间，在休眠时间结束之前，player一直处于等待的状态，也就是调用了await方法。现在测试一遍。

现在相信通过这个案例，大家都能掌握其用法，很简单。下面我们从源码的角度来分析一下其实现原理。

三、源码分析

为了分析的彻底，我们先从构造方法开始：

 
 
 
 
  
  
  
  //构造方法1：parties主要是需要拦截的线程数 
  
  
  
  public CyclicBarrier(int parties) { 
  
  
  
      this(parties, null); 
  
  
  
  } 
  
  
  
  //构造方法2：不仅有parties还有barrierAction 
  
  
  
  //主要是为了处理更加复杂的场景，当线程到达围栏时候 
  
  
  
  //优先执行barrierAction 
  
  
  
  public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { 
  
  
  
      if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); 
  
  
  
      this.parties = parties; 
  
  
  
      this.count = parties; 
  
  
  
      this.barrierCommand = barrierAction; 
  
  
  
  }

以上就是两个构造方法，下面我们主要分析await方法我们进入源码看看：

 
 
 
 
  
  
  
  //不带超时时间 
  
  
  
     public int await() throws InterruptedException,  
  
  
  
        BrokenBarrierException { 
  
  
  
         try { 
  
  
  
             return dowait(false, 0L); 
  
  
  
         } catch (TimeoutException toe) { 
  
  
  
             throw new Error(toe); // cannot happen 
  
  
  
         } 
  
  
  
     } 
  
  
  
  //带有超时时间 
  
  
  
     public int await(long timeout, TimeUnit unit) 
  
  
  
         throws InterruptedException, BrokenBarrierException, 
  
  
  
                TimeoutException { 
  
  
  
         return dowait(true, unit.toNanos(timeout)); 
  
  
  
     }

返回的值是加载成功的玩家数量，既然内部是通过dowait方法实现的，不如我们再跟进去看看。

 
 
 
 
  
  
  
  private int dowait(boolean timed, long nanos) 
  
  
  
      throws InterruptedException, BrokenBarrierException, 
  
  
  
             TimeoutException { 
  
  
  
      final ReentrantLock lock = this.lock; 
  
  
  
      lock.lock(); 
  
  
  
      try { 
  
  
  
          final Generation g = generation; 
  
  
  
          if (g.broken) 
  
  
  
              throw new BrokenBarrierException(); 
  
  
  
          if (Thread.interrupted()) { 
  
  
  
              breakBarrier(); 
  
  
  
              throw new InterruptedException(); 
  
  
  
          } 
  
  
  
          int index = --count; 
  
  
  
          if (index == 0) {  // tripped 
  
  
  
              boolean ranAction = false; 
  
  
  
              try { 
  
  
  
                  final Runnable command = barrierCommand; 
  
  
  
                  if (command != null) 
  
  
  
                      command.run(); 
  
  
  
                  ranAction = true; 
  
  
  
                  nextGeneration(); 
  
  
  
                  return 0; 
  
  
  
              } finally { 
  
  
  
                  if (!ranAction) 
  
  
  
                      breakBarrier(); 
  
  
  
              } 
  
  
  
          } 
  
  
  
          for (;;) { 
  
  
  
              try { 
  
  
  
                  if (!timed) 
  
  
  
                      trip.await(); 
  
  
  
                  else if (nanos > 0L) 
  
  
  
                      nanos = trip.awaitNanos(nanos); 
  
  
  
              } catch (InterruptedException ie) { 
  
  
  
                  if (g == generation && ! g.broken) { 
  
  
  
                      breakBarrier(); 
  
  
  
                      throw ie; 
  
  
  
                  } else { 
  
  
  
                      Thread.currentThread().interrupt(); 
  
  
  
                  } 
  
  
  
              } 
  
  
  
              if (g.broken) 
  
  
  
                  throw new BrokenBarrierException(); 
  
  
  
              if (g != generation) 
  
  
  
                 return index; 
  
  
  
              if (timed && nanos <= 0L) { 
  
  
  
                  breakBarrier(); 
  
  
  
                  throw new TimeoutException(); 
  
  
  
              } 
  
  
  
          } 
  
  
  
      } finally { 
  
  
  
          lock.unlock(); 
  
  
  
      } 
  
  
  
  }

上面的代码有点长，不过也是CyclicBarrier的核心，我在这里说一下上面代码的主要功能：

(1)通过ReentrantLock获取独占锁。

(2)通过try里面的Generation判断当前代是否损坏，通过Thread的interrupted方法判断是否线程中断，如果中断通过breakBarrier方法告诉其他线程。

(3)if(index==0)判断当前是否是最后一个线程调用了await方法，如果是则把之前等待的线程全部唤醒。就好比是最后一个运动员到达了终点，告诉其他选手比赛结束了。

(4)for(;;)循环执行等待，如果没有超时时间，那就一直等待直到被唤醒，有超时时间，那就等时间过后自动被唤醒。就好比是在运动员在路上跑步，没有时间限制的时候那就一直跑，一直到达终点。如果有时间限制，不管是否跑到终点，比赛都结束。

(5)通过ReentrantLock释放独占锁。

这段代码读起来比较麻烦，因为里面涉及到了两个其他的类ReentrantLock和Generation，我们只需要知道其作用即可。还有一个点，那就是线程被中断了，如何告诉其他线程的breakBarrier方法。

 
 
 
 
  
  
  
  /** 
  
  
  
   * Sets current barrier generation as broken and wakes up everyone. 
  
  
  
   * Called only while holding lock. 
  
  
  
   */ 
  
  
  
  private void breakBarrier() { 
  
  
  
      generation.broken = true; 
  
  
  
      count = parties; 
  
  
  
      trip.signalAll(); 
  
  
  
  }

我们可以看到，在breakBarrier()中除了将broken设置为true，还会调用signalAll将在CyclicBarrier处于等待状态的线程全部唤醒。

OK，今天的文章就先到这，关于CyclicBarrier原理我们已经解释了，其用途可以根据自己的业务场景来决定了。

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