Java 并发基础（四）：再谈 CyclicBarrier

你好，我是看山。

java.util.concurrent.CyclicBarrier 也是 JDK 1.5 提供的一个同步辅助类（为什么用也呢？参见 再谈 CountDownLatch），它允许一组线程互相等待，直到到达某个临界点（a common barrier point，翻译成公共障碍点、公共栅栏点都不够传神，直接用临界点吧）。在某个程序中，一组固定大小的线程必须互相等待时，CyclicBarrier 将起很大的作用。因为在等待线程被释放后，这个临界点可以重用，所以说是循环的。

CyclicBarrier 支持一个可选的 Runnable，在一组线程中的最后一个线程完成之后、释放所有线程之前，该 Runnable 在屏障点运行一次（每循环一次 Runnable 运行一次）。这种方式可以用来在下一波继续运行的线程运行之前更新共享状态（比如下一波僵尸来之前，检查武器弹药）。

CountDownLatch 与 CyclicBarrier

CountDownLatch 是不能够重复使用的，是一次性的，其锁定一经打开，就不能够在重复使用。就像引线，点燃后就在燃烧减少，燃烧完了就不能再次使用了。CyclicBarrier 是一种循环的方式进行锁定，这次锁定被打开之后，还能够重复计数，再次使用。就像沙漏，这次漏完了，倒过来接着漏。

还有一点是两者之间很大的区别，就是 CountDownLatch 在等待子线程的过程中，会锁定主线程，而 CyclicBarrier 不会锁定主线程，只是在所有子线程结束后，根据定义执行其可选的 Runnable 线程。

所以在这两种辅助类中进行选择时，能够很明显进行区分。

CyclicBarrier 实例

可以考虑这么一种情况，我们需要向数据库导入一些数据，没导入几条希望能进行一次计时，便于我们查看。因为实现比较简单，直接上代码：

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final long start = System.currentTimeMillis();
        final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                long end = System.currentTimeMillis();
                System.out.println("导入" + 3 + "条数据，至此总共用时：" + (end - start)
                        + "毫秒");
            }
        });

        for (int i = 0; i < 9; i++) {
            final int threadID = i + 1;
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));// 模拟业务操作
                        System.out.println(threadID + "完成导入操作。");
                        barrier.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
        System.out.println("====主线程结束====");
    }
}

执行结果为：

====主线程结束====
4 完成导入操作。
2 完成导入操作。
1 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：4006 毫秒
5 完成导入操作。
6 完成导入操作。
8 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：4007 毫秒
3 完成导入操作。
0 完成导入操作。
7 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：8006 毫秒

程序没导入 3 条会进行一次计时，统计已经执行的时间。如果 CyclicBarrier 构造函数的数字和 for 循环的次数相等的话，这个就是总共用时。

扩展

考虑一下上面的例子，如果 for 循环的次数不是 CyclicBarrier 监听次数的整数倍，比如是 10，那执行结果将会是：

====主线程结束====
2 完成导入操作。
5 完成导入操作。
4 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：4005 毫秒
8 完成导入操作。
1 完成导入操作。
3 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：5005 毫秒
7 完成导入操作。
6 完成导入操作。
0 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：8005 毫秒
9 完成导入操作。

在打印完“9 完成导入操作。”之后，将一直等待。在这里可以通过 barrier.getNumberWaiting() 查看还差多少个线程达到屏障点。如果出现这种情况，那就需要和 CountDownLatch 配合使用了，当子线程全部执行完，有判断 barrier.getNumberWaiting() 不等于 0，则调用 barrier.reset() 重置。这个时候将会触发 BrokenBarrierException 异常，但是将结束整个过程。

修改的代码如下：

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final long start = System.currentTimeMillis();
        final CountDownLatch count = new CountDownLatch(10);
        final CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                long end = System.currentTimeMillis();
                System.out.println("导入" + 3 + "条数据，至此总共用时：" + (end - start)
                        + "毫秒");
            }
        });

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int threadID = i + 1;
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));// 模拟业务操作
                        System.out.println(threadID + "完成导入操作。");
                        count.countDown();
                        barrier.await();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (BrokenBarrierException e) {
                        System.out.println("触发 BrokenBarrierException 异常。");
                    }
                }
            }).start();
        }
        count.await();

        if(barrier.getNumberWaiting() != 0) {
            System.out.println("不是整数倍。都已执行完，重置 CyclicBarrier。");
            barrier.reset();
        }

        System.out.println("====主线程结束====");
    }
}

执行结果为：

3 完成导入操作。
9 完成导入操作。
6 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：3005 毫秒
8 完成导入操作。
5 完成导入操作。
10 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：7005 毫秒
1 完成导入操作。
7 完成导入操作。
4 完成导入操作。
2 完成导入操作。
导入 3 条数据，至此总共用时：9005 毫秒
不是整数倍。都已执行完，重置 CyclicBarrier。
====主线程结束====
触发 BrokenBarrierException 异常。

使用 barrier.reset() 进行重置，因为 CyclicBarrier 是一个循环，开头就是结尾，所以重置也可以理解为直接完成。

另外，因为使用了 CountDownLatch，所以主线程会锁定，直到线程通过 count.await() 向下执行。

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