JAVA CyclicBarrier 示例源碼解析
前言
在多線程編程中,同步工具是確保線程之間協(xié)同工作的重要組成部分。
CyclicBarrier
(循環(huán)屏障)是Java中的一個強大的同步工具,它允許一組線程在達(dá)到某個共同點之前互相等待。
在本文中,我們將深入探討CyclicBarrier
的源碼實現(xiàn)以及提供一些示例,以幫助您更好地理解和應(yīng)用這個有趣的同步工具。
CyclicBarrier源碼解析以及示例
主要成員變量
public class CyclicBarrier { private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private final Condition trip = lock.newCondition(); private final int parties; private int count; private final Runnable barrierCommand; }
lock
: 用于控制并發(fā)訪問的重入鎖。trip
: 條件變量,用于在屏障點上等待。parties
: 表示需要等待的線程數(shù)。count
: 表示當(dāng)前已經(jīng)到達(dá)屏障點的線程數(shù)。barrierCommand
: 在所有線程到達(dá)屏障點之后執(zhí)行的命令,可以為null。
核心方法
await
方法
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { lock.lock(); if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); int index = --count; if (index == 0) { // 如果是最后一個到達(dá)的線程 boolean ranAction = false; try { final Runnable command = barrierCommand; if (command != null) command.run(); ranAction = true; return 0; } finally { if (!ranAction) breakBarrier(); // 執(zhí)行失敗,重置屏障狀態(tài) } } while (index > 0) { try { trip.await(); } catch (InterruptedException ie) { if (index == 1 && !broken) breakBarrier(); throw ie; } } if (broken) throw new BrokenBarrierException(); return index; } finally { lock.unlock(); } }
上述代碼主要完成以下幾個任務(wù):
- 減小計數(shù)器,表示有一個線程到達(dá)了屏障點。
- 如果是最后一個到達(dá)的線程,執(zhí)行屏障命令(如果有),然后喚醒所有等待的線程。
- 如果不是最后一個到達(dá)的線程,進入等待狀態(tài),直到被喚醒。
- 處理中斷異常和屏障破壞異常。
應(yīng)用場景
任務(wù)分解與合并
當(dāng)一個大任務(wù)可以分解為多個子任務(wù),每個子任務(wù)獨立執(zhí)行,但在某個點上需要等待所有子任務(wù)完成后再繼續(xù)執(zhí)行父任務(wù)。CyclicBarrier
可以用來同步這些子任務(wù)的執(zhí)行,確保它們在特定的屏障點上等待,然后一起繼續(xù)執(zhí)行。
應(yīng)用示例
假設(shè)我們有一個大型的數(shù)據(jù)處理任務(wù),需要將數(shù)據(jù)分解為若干子任務(wù)并行處理,然后在所有子任務(wù)完成后進行結(jié)果的合并。CyclicBarrier
可以用來同步子任務(wù)的執(zhí)行,確保在所有子任務(wù)都完成后再進行合并操作。
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class TaskDecompositionAndMergeExample { private static final int NUM_SUBTASKS = 3; private static final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(NUM_SUBTASKS, () -> { System.out.println("All subtasks have been completed. Merging results..."); }); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < NUM_SUBTASKS; i++) { final int subtaskId = i; new Thread(() -> { // Perform individual subtask System.out.println("Subtask " + subtaskId + " is processing."); // Simulate some computation for the subtask try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Subtask " + subtaskId + " has completed."); try { // Wait for all subtasks to complete barrier.await(); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } } }
并行計算
在并行計算中,當(dāng)多個計算節(jié)點完成局部計算后,需要將它們的結(jié)果合并。CyclicBarrier
可以用來等待所有計算節(jié)點完成局部計算,然后執(zhí)行合并操作。
應(yīng)用示例
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class ParallelComputingExample { private static final int NUM_THREADS = 4; private static final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(NUM_THREADS, () -> { System.out.println("All threads have completed the computation. Merging results..."); }); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) { final int threadId = i; new Thread(() -> { // Perform individual computation System.out.println("Thread " + threadId + " is performing computation."); // Simulate some computation for the thread try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Thread " + threadId + " has completed computation."); try { // Wait for all threads to complete computation barrier.await(); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } } }
游戲開發(fā)
在多線程游戲開發(fā)中,可能存在多個線程分別負(fù)責(zé)不同的任務(wù),比如渲染、物理模擬、AI計算等。
在每一幀結(jié)束時,這些線程需要同步,確保下一幀開始時所有任務(wù)都已完成。CyclicBarrier
可以在每一幀結(jié)束時等待所有任務(wù)完成,然后統(tǒng)一開始下一幀的計算。
比如我們在打匹配游戲的時候,十個人必須全部加載到100%,才可以開局。否則只要有一個人沒有加載到100%,那這個游戲就不能開始。先加載完成的玩家必須等待最后一個玩家加載成功才可以。
應(yīng)用示例
public class CyclicBarrierDemo { private static CyclicBarrier cyclicBarrier; static class CyclicBarrierThread extends Thread{ @Override public void run() { System.out.println("玩家 " + Thread.currentThread().getName() + " 加載100%"); //等待 try { cyclicBarrier.await(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } public static void main(String[] args){ cyclicBarrier = new CyclicBarrier(10, new Runnable() { public void run() { System.out.println("玩家都加載好了,開始游戲...."); } }); for(int i = 0 ; i < 10 ; i++){ new CyclicBarrierThread().start(); } } }
輸出結(jié)果
玩家 Thread-0 加載100%
玩家 Thread-2 加載100%
玩家 Thread-3 加載100%
玩家 Thread-6 加載100%
玩家 Thread-1 加載100%
玩家 Thread-4 加載100%
玩家 Thread-5 加載100%
玩家 Thread-8 加載100%
玩家 Thread-7 加載100%
玩家 Thread-9 加載100%
玩家都加載好了,開始游戲....
數(shù)據(jù)加載
在某些應(yīng)用中,可能需要同時加載多個數(shù)據(jù)源,但要確保所有數(shù)據(jù)加載完成后再繼續(xù)執(zhí)行。CyclicBarrier
可以用來等待所有數(shù)據(jù)加載完成,然后執(zhí)行后續(xù)操作。
應(yīng)用示例
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class DataLoaderExample { private static final int NUM_THREADS = 3; private static final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(NUM_THREADS, () -> { System.out.println("All data loading threads have completed. Initiating further processing..."); }); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) { final int threadId = i; new Thread(() -> { // Simulate data loading System.out.println("Thread " + threadId + " is loading data."); // Simulate data loading time try { Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Thread " + threadId + " has completed data loading."); try { // Wait for all data loading threads to complete barrier.await(); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } // Perform further processing after data loading is complete System.out.println("Thread " + threadId + " is performing further processing."); }).start(); } } }
并發(fā)工具的協(xié)同
CyclicBarrier
可以與其他并發(fā)工具一起使用,例如 ExecutorService
和 CountDownLatch
,以實現(xiàn)更復(fù)雜的多線程控制邏輯。
應(yīng)用示例
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; public class CyclicBarrierExample { private static final int NUM_THREADS = 3; private static final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(NUM_THREADS, () -> { System.out.println("All threads have reached the barrier. Let's continue!"); }); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) { new Thread(() -> { try { // Perform individual tasks System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is performing individual tasks."); // Wait for all threads to reach the barrier barrier.await(); // Continue with collective tasks after reaching the barrier System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is performing collective tasks."); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } } }
CyclicBarrier和CountDownLatch的區(qū)別
循環(huán)性:
CyclicBarrier
具有循環(huán)的特性,可以被重復(fù)使用。一旦所有線程都到達(dá)屏障點,它會自動重置并再次等待下一輪。這使得CyclicBarrier
更適合用于一組線程多次協(xié)同工作的場景。CountDownLatch
是一次性的,一旦計數(shù)到達(dá)零,就無法重新設(shè)置。如果需要多次等待,就需要創(chuàng)建新的CountDownLatch
實例。
計數(shù)器的變化:
- 在
CyclicBarrier
中,計數(shù)器的遞減是由到達(dá)屏障點的線程執(zhí)行的,而且在所有線程都到達(dá)之前,任何線程都不會繼續(xù)執(zhí)行。 - 在
CountDownLatch
中,計數(shù)器的遞減是由任意線程執(zhí)行的,而且線程在遞減計數(shù)器后可以繼續(xù)執(zhí)行,不必等待其他線程。
用途:
CyclicBarrier
通常用于一組線程并行執(zhí)行任務(wù),然后在某個點上等待彼此,然后再一起繼續(xù)執(zhí)行下一輪任務(wù)。例如,任務(wù)分解與合并、并行計算等場景。CountDownLatch
用于等待一組線程完成某個任務(wù)后再執(zhí)行其他任務(wù)。例如,主線程等待所有工作線程完成工作后再繼續(xù)執(zhí)行。
構(gòu)造函數(shù)參數(shù):
CyclicBarrier
的構(gòu)造函數(shù)需要指定參與同步的線程數(shù),以及在屏障點上執(zhí)行的可選操作(Runnable
)。CountDownLatch
的構(gòu)造函數(shù)需要指定計數(shù)的初始值。
總結(jié)
通過本文,我們深入了解了CyclicBarrier
的源碼實現(xiàn),并通過一個簡單的示例演示了它的用法。
CyclicBarrier
是一個強大的同步工具,可以幫助我們實現(xiàn)復(fù)雜的多線程協(xié)同任務(wù)。
在多線程編程中,理解和熟練使用這樣的同步工具是至關(guān)重要的,能夠確保線程之間的協(xié)同工作更加高效和可靠。
到此這篇關(guān)于JAVA CyclicBarrier 示例源碼解析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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