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Java多線程同步工具類CyclicBarrier的使用

 更新時間:2023年04月27日 15:35:19   作者:juer  
本文主要介紹了Java多線程同步工具類CyclicBarrier的使用,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

CyclicBarrier是什么

CyclicBarrier是Java并發(fā)包中提供的一種同步工具類,它可以讓多個線程在某個屏障處等待,直到所有線程都到達該屏障處才繼續(xù)執(zhí)行。CyclicBarrier的實現(xiàn)原理是基于ReentrantLock和Condition實現(xiàn)的,通過多次調(diào)用await()方法來實現(xiàn)線程的等待和喚醒。

CyclicBarrier的基本使用方法

CyclicBarrier的基本使用方法非常簡單,只需要創(chuàng)建一個CyclicBarrier對象,并將計數(shù)器的值設(shè)置為等待的線程數(shù)。每個線程執(zhí)行完畢后,調(diào)用CyclicBarrier的await()方法等待其他線程執(zhí)行完畢,當(dāng)所有線程都到達屏障處時,屏障將被打開,所有線程將繼續(xù)執(zhí)行。

CyclicBarrier的源碼實現(xiàn)

CyclicBarrier的實現(xiàn)原理是基于ReentrantLock和Condition實現(xiàn)的,通過多次調(diào)用await()方法來實現(xiàn)線程的等待和喚醒。CyclicBarrier的源碼實現(xiàn)主要包括兩部分:屏障的初始化和屏障的等待和喚醒。

(1)CyclicBarrier的初始化

在創(chuàng)建CyclicBarrier對象時,需要指定等待的線程數(shù)和屏障的執(zhí)行操作。CyclicBarrier對象的構(gòu)造方法如下:

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

其中,parties表示等待的線程數(shù),barrierAction表示屏障執(zhí)行的操作。

在構(gòu)造方法中,會根據(jù)等待的線程數(shù)創(chuàng)建一個parties大小的ReentrantLock數(shù)組和一個Condition對象。ReentrantLock數(shù)組用來保證多個線程能夠同時到達屏障處并等待,Condition對象用來進行線程的等待和喚醒。

(2)CyclicBarrier的等待和喚醒

當(dāng)線程執(zhí)行到await()方法時,會首先嘗試獲取ReentrantLock對象的鎖,如果獲取失敗,線程會被加入到等待隊列中等待鎖的釋放。當(dāng)獲取到鎖后,線程會判斷當(dāng)前的計數(shù)器是否已經(jīng)達到等待的線程數(shù),如果是,則執(zhí)行屏障的操作并將計數(shù)器重置為parties,喚醒等待隊列中的所有線程。如果計數(shù)器未達到等待的線程數(shù),則線程會被加入到等待隊列中等待其他線程的到來。

CyclicBarrier的await()方法源碼如下:

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
    try {
        // 獲取鎖
        lock.lock();
        // 計數(shù)器減1
        int index = --count;
        if (index == 0) {
            // 如果計數(shù)器為0,執(zhí)行屏障操作并喚醒等待隊列中的所有線程
            final Runnable command = barrierCommand;
            if (command != null) {
                command.run();
            }
            next
        trip.signalAll();
    } else {
        try {
            // 等待其他線程到達屏障處
            int phase = generation;
            trip.await();
            // 如果是最后一個到達屏障的線程,執(zhí)行屏障操作并喚醒等待隊列中的所有線程
            if (phase == generation) {
                command = barrierCommand;
                if (command != null) {
                    command.run();
                }
            }
            // 計數(shù)器重置
            nextGeneration();
        } catch (InterruptedException ie) {
            // 如果線程在等待時被中斷,拋出InterruptedException異常
            cancel();
            throw ie;
        } catch (BrokenBarrierException bbe) {
            // 如果屏障被破壞,拋出BrokenBarrierException異常
            broken = true;
            trip = new Condition[parties];
            throw bbe;
        }
    }
    return index;
} finally {
    // 釋放鎖
    lock.unlock();
}
}

在CyclicBarrier的await()方法中,首先獲取ReentrantLock對象的鎖,并將計數(shù)器減1。如果計數(shù)器為0,則執(zhí)行屏障的操作并喚醒等待隊列中的所有線程,如果計數(shù)器不為0,則等待其他線程到達屏障處。

在等待過程中,如果線程被中斷,將拋出InterruptedException異常。如果屏障被破壞,將拋出BrokenBarrierException異常。如果是最后一個到達屏障的線程,將執(zhí)行屏障的操作并喚醒等待隊列中的所有線程,并將計數(shù)器重置為parties。

CyclicBarrier的使用場景

CyclicBarrier適用于多個線程需要等待彼此到達某個屏障點后再繼續(xù)執(zhí)行的場景。例如,多個線程需要同時執(zhí)行某個任務(wù),但某個任務(wù)需要等待其他任務(wù)完成后才能繼續(xù)執(zhí)行,這時就可以使用CyclicBarrier來實現(xiàn)線程的同步和協(xié)作。

另外,CyclicBarrier也可以用來實現(xiàn)流水線式的處理,例如生產(chǎn)者消費者模式中,多個生產(chǎn)者可以同時向隊列中添加數(shù)據(jù),當(dāng)隊列滿時,所有生產(chǎn)者需要等待消費者處理完數(shù)據(jù)后再繼續(xù)添加數(shù)據(jù)。

總結(jié)

CyclicBarrier是Java并發(fā)包中提供的一種同步工具類,可以讓多個線程在某個屏障處等待,直到所有線程都到達該屏障處才繼續(xù)執(zhí)行。CyclicBarrier的實現(xiàn)原理是基于ReentrantLock和Condition實現(xiàn)的,通過多次調(diào)用await()方法來實現(xiàn)線程的等待和喚醒。CyclicBarrier適用于多個線程需要等待彼此到達某個屏障點后再繼續(xù)執(zhí)行的場景。

到此這篇關(guān)于Java多線程同步工具類CyclicBarrier的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java CyclicBarrier內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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