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JAVA CyclicBarrier 示例源碼解析

 更新時間:2023年12月18日 15:17:40   作者:fking86  
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),這篇文章主要介紹了JAVA CyclicBarrier 示例源碼解析,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,需要的朋友可以參考下

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 ExecutorServiceCountDownLatch,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:

  • 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。
  • 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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