java併發程式設計JUC第十篇：CyclicBarrier執行緒同步

字母哥部落格發表於2021-06-19
Java程式設計執行緒

在之前的文章中已經為大家介紹了java併發程式設計的工具：BlockingQueue介面、ArrayBlockingQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue、BlockingDeque介面、ConcurrentHashMap、CountDownLatch，本文為系列文章第十篇。

java.util.concurrent.CyclicBarrier提供了一種多執行緒彼此等待的同步機制，可以把它理解成一個障礙，所有先到達這個障礙的執行緒都將將處於等待狀態，直到所有執行緒都到達這個障礙處，所有執行緒才能繼續執行。

舉個例子：CyclicBarrier的同步方式有點像朋友們約好了去旅遊，在景點入口處集合，這個景點入口就是一個Barrier障礙，等待大家都到了才一起進入景點遊覽參觀。 進入景點後大家去爬山，有的人爬得快，有的人爬的慢，大家約好了山頂集合，所以山頂就又是一個Barrier障礙，等待大家都到了山頂才一起下山。

下面是一張圖來說明這個問題。

每個執行緒通過呼叫await()，在CyclicBarrier障礙處“彼此等待”，一旦所有的執行緒都到達了CyclicBarrier(都呼叫了CyclicBarrier方法)，所有的執行緒將一起再次被喚醒繼續執行。

1.建立CyclicBarrier障礙

當建立CyclicBarrier的時候，需要指定需要控制多少個執行緒同步。比如下面的CyclicBarrier設定為控制2個執行緒同步。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2);

2. 在CyclicBarrier障礙處等待

通過呼叫CyclicBarrier的await()方法進入等待狀態，通常線上程完成自己的階段性任務之後呼叫該方法。

barrier.await();

CyclicBarrier也提供了另一種方法指定等待超時的時間，當等待時間大於超時時間之後，即使還有其他的執行緒沒呼叫await方法，該執行緒將自動喚醒繼續執行。(朋友們約好了去旅遊，等了10分鐘你還不來，我就自己先去了)。

barrier.await(10, TimeUnit.SECONDS);

The waiting threads waits at theCyclicBarrieruntil either:

在CyclicBarrier處等待的執行緒被釋放，繼續執行的條件（滿足下面的任一條件即可）

  • 最後到達的執行緒呼叫了await() 方法
  • 該執行緒被另一個執行緒打斷（另一個執行緒呼叫其interrupt()方法）。
  • 另一個處於等待狀態的執行緒被打斷
  • 另一個處於等待狀態的執行緒在CyclicBarrier處等待時超時。
  • 某個外部執行緒呼叫了CyclicBarrier.reset()拆除障礙。

3. CyclicBarrier Action

CyclicBarrier Action 相對不太好理解，可以把它理解為障礙自身的行為。該Action動作是一個執行緒，所有的執行緒都到達障礙之後，該執行緒將被執行。

Runnable      barrierAction =   建立執行緒;
CyclicBarrier barrier  = new CyclicBarrier(2, barrierAction);

如果這段程式碼仍然無法理解CyclicBarrier Action的作用，看下面的例子。

4. CyclicBarrier 例子

下面的程式碼演示瞭如何使用CyclicBarrier進行執行緒同步:

Runnable barrier1Action = new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("障礙1集合成功了，所有人都到了景點門口 ");
    }
};
Runnable barrier2Action = new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("障礙2集合成功了，所有人都到了山頂");
    }
};

//障礙1 景點門口
CyclicBarrier barrier1 = new CyclicBarrier(2, barrier1Action);
//障礙2 山頂
CyclicBarrier barrier2 = new CyclicBarrier(2, barrier2Action);

//旅遊計劃，階段目標一：景點門口集合
CyclicBarrierRunnable barrierRunnable1 =
        new CyclicBarrierRunnable(barrier1, barrier2);
//旅遊計劃，階段目標二：爬山到山頂集合
CyclicBarrierRunnable barrierRunnable2 =
        new CyclicBarrierRunnable(barrier1, barrier2);

new Thread(barrierRunnable1).start();  //遊客A，Thread-0
new Thread(barrierRunnable2).start();  //遊客B，Thread-1

下面是一個執行緒類CyclicBarrierRunnable，啟動一個就代表一個遊客

public class CyclicBarrierRunnable implements Runnable{

    CyclicBarrier barrier1 = null;  //障礙1
    CyclicBarrier barrier2 = null;  //障礙2

    public CyclicBarrierRunnable( CyclicBarrier barrier1,CyclicBarrier barrier2) {
        this.barrier1 = barrier1;
        this.barrier2 = barrier2;
    }

    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);  //這裡寫出發去景點的過程程式碼
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 到達景點門口");
            this.barrier1.await();

            Thread.sleep(1000);  //這裡寫爬山的過程程式碼
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 爬山爬到山頂");
            this.barrier2.await();

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
                                " 玩的不錯，下山回家!");

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

下面的輸出是上文程式碼的執行列印結果，多執行幾次上文的程式碼會發現Thread-0 和 Thread-1 在障礙1和障礙2處的到達先後順序是不確定的，但是總是先到的等後到的再繼續執行。

Thread-0 到達景點門口
Thread-1 到達景點門口
障礙1集合成功了，所有人都到了景點門口
Thread-1 爬山爬到山頂
Thread-0 爬山爬到山頂
障礙2集合成功了，所有人都到了山頂
Thread-0  玩的不錯，下山回家!
Thread-1  玩的不錯，下山回家!

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