Java的并發(fā)編程之CyclicBarrier解析
概述
CyclicBarrier是一個(gè)同步工具類(lèi),它允許一組線程互相等待,直到到達(dá)某個(gè)公共屏障點(diǎn)。
與CountDownLatch不同的是該barrier在釋放等待線程后可以重用,所以稱它為循環(huán)(Cyclic)的屏障(Barrier)。
CyclicBarrier支持一個(gè)可選的Runnable命令,在一組線程中的最后一個(gè)線程到達(dá)之后(但在釋放所有線程之前),該命令只在每個(gè)屏障點(diǎn)運(yùn)行一次。若在繼續(xù)所有參與線程之前更新共享狀態(tài),此屏障操作很有用。
使用
提供的方法:
//parties表示屏障攔截的線程數(shù)量,當(dāng)屏障撤銷(xiāo)時(shí),先執(zhí)行barrierAction,然后在釋放所有線程
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
//barrierAction默認(rèn)為null
public CyclicBarrier(int parties)
/*
*當(dāng)前線程等待直到所有線程都調(diào)用了該屏障的await()方法
*如果當(dāng)前線程不是將到達(dá)的最后一個(gè)線程,將會(huì)被阻塞。解除阻塞的情況有以下幾種
* 1)最后一個(gè)線程調(diào)用await()
* 2)當(dāng)前線程被中斷
3)其他正在該CyclicBarrier上等待的線程被中斷
4)其他正在該CyclicBarrier上等待的線程超時(shí)
5)其他某個(gè)線程調(diào)用該CyclicBarrier的reset()方法
*如果當(dāng)前線程在進(jìn)入此方法時(shí)已經(jīng)設(shè)置了該線程的中斷狀態(tài)或者在等待時(shí)被中斷,將拋出InterruptedException,并且清除當(dāng)前線程的已中斷狀態(tài)。
*如果在線程處于等待狀態(tài)時(shí)barrier被reset()或者在調(diào)用await()時(shí) barrier 被損壞,將拋出 BrokenBarrierException 異常。
*如果任何線程在等待時(shí)被中斷,則其他所有等待線程都將拋出 BrokenBarrierException 異常,并將 barrier 置于損壞狀態(tài)。 *如果當(dāng)前線程是最后一個(gè)將要到達(dá)的線程,并且構(gòu)造方法中提供了一個(gè)非空的屏障操作(barrierAction),那么在允許其他線程繼續(xù)運(yùn)行之前,當(dāng)前線程將運(yùn)行該操作。如果在執(zhí)行屏障操作過(guò)程中發(fā)生異常,則該異常將傳播到當(dāng)前線程中,并將 barrier 置于損壞狀態(tài)。
*
*返回值為當(dāng)前線程的索引,0表示當(dāng)前線程是最后一個(gè)到達(dá)的線程
*/
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
//在await()的基礎(chǔ)上增加超時(shí)機(jī)制,如果超出指定的等待時(shí)間,則拋出 TimeoutException 異常。如果該時(shí)間小于等于零,則此方法根本不會(huì)等待。
public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException
//將屏障重置為其初始狀態(tài)。如果所有參與者目前都在屏障處等待,則它們將返回,同時(shí)拋出一個(gè)BrokenBarrierException。
public void reset()對(duì)于失敗的同步嘗試,CyclicBarrier 使用了一種要么全部要么全不 (all-or-none) 的破壞模式:如果因?yàn)橹袛?、失敗或者超時(shí)等原因,導(dǎo)致線程過(guò)早地離開(kāi)了屏障點(diǎn),那么在該屏障點(diǎn)等待的其他所有線程也將通過(guò) BrokenBarrierException(如果它們幾乎同時(shí)被中斷,則用 InterruptedException)以反常的方式離開(kāi)。
使用示例
每個(gè)Worker處理矩陣中的一行,在處理完所有的行之前,該線程將一直在屏障處等待。在各個(gè)WOrker處理完所有行后,將執(zhí)行提供的Runnable屏障操作。
class Solver {
final int N; //矩陣的行數(shù)
final float[][] data; //要處理的矩陣
final CyclicBarrier barrier; //循環(huán)屏障
class Worker implements Runnable {
int myRow;
Worker(int row) { myRow = row; }
public void run() {
while (!done()) {
processRow(myRow); //處理指定一行數(shù)據(jù)
try {
barrier.await(); //在屏障處等待直到
} catch (InterruptedException ex) {
return;
} catch (BrokenBarrierException ex) {
return;
}
}
}
}
public Solver(float[][] matrix) {
data = matrix;
N = matrix.length;
//初始化CyclicBarrier
barrier = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
public void run() {
mergeRows(...); //合并行
}
});
for (int i = 0; i < N; ++i)
new Thread(new Worker(i)).start();
waitUntilDone();
}
}實(shí)現(xiàn)原理
基于ReentrantLock和Condition機(jī)制實(shí)現(xiàn)。
除了getParties()方法,CyclicBarrier的其他方法都需要獲取鎖。
CyclicBarrier與CountDownLatch比較
1)CountDownLatch:一個(gè)線程(或者多個(gè)),等待另外N個(gè)線程完成某個(gè)事情之后才能執(zhí)行;CyclicBarrier:N個(gè)線程相互等待,任何一個(gè)線程完成之前,所有的線程都必須等待。
2)CountDownLatch:一次性的;CyclicBarrier:可以重復(fù)使用。
3)CountDownLatch基于AQS;CyclicBarrier基于鎖和Condition。本質(zhì)上都是依賴于volatile和CAS實(shí)現(xiàn)的。
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