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CyclicBarrier的工作原理及其例項

阿新 • • 發佈：2019-01-31

        CyclicBarrier是多執行緒中一個重要的類，主要用於執行緒組內部之間的執行緒的相互等待問題。

 1.CyclicBarrier的工作原理      

        CyclicBarrier大致是可迴圈利用的屏障，顧名思義，這個名字也將這個類的特點給明確地表示出來了。首先，便是可重複利用，說明該類建立的物件可以複用；其次，屏障則體現了該類的原理：每個執行緒執行時，都會碰到一個屏障，直到所有執行緒執行結束，然後屏障便會開啟，使所有執行緒繼續往下執行。

        這裡介紹CyclicBarrier的兩個建構函式：CyclicBarrier(int parties)和CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) :前者只需要宣告需要攔截的執行緒數即可，而後者還需要定義一個等待所有執行緒到達屏障優先執行的Runnable物件。

        實現原理：在CyclicBarrier的內部定義了一個Lock物件，每當一個執行緒呼叫await方法時，將攔截的執行緒數減1，然後判斷剩餘攔截數是否為初始值parties，如果不是，進入Lock物件的條件佇列等待。如果是，執行barrierAction物件的Runnable方法，然後將鎖的條件佇列中的所有執行緒放入鎖等待佇列中，這些執行緒會依次的獲取鎖、釋放鎖。

        舉例說明：如果一個寢室四個人約好了去球場打球，由於四個人準備工作不同，所以約好在樓下集合，並且四個人集合好之後一起出發去球場。

package concurrent;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.*;
public class CyclicBarrierDemo {
	private static final ThreadPoolExecutor threadPool=new ThreadPoolExecutor(4,10,60,TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
	//當攔截執行緒數達到4時，便優先執行barrierAction，然後再執行被攔截的執行緒。
	private static final CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(4,new Runnable() {
		public void run()
		{
			System.out.println("寢室四兄弟一起出發去球場");
		}
	});
	private static class GoThread extends Thread{
		private final String name;
		public GoThread(String name)
		{
			this.name=name;
		}
		public void run()
		{
			System.out.println(name+"開始從宿舍出發");
			try {
				Thread.sleep(1000);
				cb.await();//攔截執行緒
				System.out.println(name+"從樓底下出發");
				Thread.sleep(1000);
				System.out.println(name+"到達操場");
				
			}
			catch(InterruptedException e)
			{
				e.printStackTrace();
			}
			catch(BrokenBarrierException e)
			{
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		String[] str= {"李明","王強","劉凱","趙傑"};
		for(int i=0;i<4;i++)
		{
			threadPool.execute(new GoThread(str[i]));
		}
		try
		{
			Thread.sleep(4000);
			System.out.println("四個人一起到達球場，現在開始打球");
		}
		catch(InterruptedException e)
		{
			e.printStackTrace();
		}
		

	}

}

執行程式，得到如下結果：

李明開始從宿舍出發
趙傑開始從宿舍出發
王強開始從宿舍出發
劉凱開始從宿舍出發
寢室四兄弟一起出發去球場
趙傑從樓底下出發
李明從樓底下出發
劉凱從樓底下出發
王強從樓底下出發
趙傑到達操場
王強到達操場
李明到達操場
劉凱到達操場
四個人一起到達球場，現在開始打球

        以上便是CyclicBarrier使用例項，通過await(）方法對執行緒的攔截，攔截數加1，當攔截數為初始的parties，首先執行了barrierAction，然後對攔截的執行緒佇列依次進行獲取鎖釋放鎖。接下來，在這個例子上講解CyclicBarrier物件的複用特性。

package concurrent;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.*;
public class CyclicBarrierDemo {
	private static final ThreadPoolExecutor threadPool=new ThreadPoolExecutor(4,10,60,TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
	//當攔截執行緒數達到4時，便優先執行barrierAction，然後再執行被攔截的執行緒。
	private static final CyclicBarrier cb=new CyclicBarrier(4,new Runnable() {
		public void run()
		{
			System.out.println("寢室四兄弟一起出發去球場");
		}
	});
	private static class GoThread extends Thread{
		private final String name;
		public GoThread(String name)
		{
			this.name=name;
		}
		public void run()
		{
			System.out.println(name+"開始從宿舍出發");
			try {
				Thread.sleep(1000);
				cb.await();//攔截執行緒
				System.out.println(name+"從樓底下出發");
				Thread.sleep(1000);
				System.out.println(name+"到達操場");
				
			}
			catch(InterruptedException e)
			{
				e.printStackTrace();
			}
			catch(BrokenBarrierException e)
			{
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		String[] str= {"李明","王強","劉凱","趙傑"};
		String[] str1= {"王二","洪光","雷兵","趙三"};
		for(int i=0;i<4;i++)
		{
			threadPool.execute(new GoThread(str[i]));
		}
		try
		{
			Thread.sleep(4000);
			System.out.println("四個人一起到達球場，現在開始打球");
			System.out.println("現在對CyclicBarrier進行復用.....");
			System.out.println("又來了一撥人，看看願不願意一起打：");
		}
		catch(InterruptedException e)
		{
			e.printStackTrace();
		}
		//進行復用：
		for(int i=0;i<4;i++)
		{
			threadPool.execute(new GoThread(str1[i]));
		}
		try
		{
			Thread.sleep(4000);
			System.out.println("四個人一起到達球場，表示願意一起打球，現在八個人開始打球");
			//System.out.println("現在對CyclicBarrier進行復用");
		}
		catch(InterruptedException e)
		{
			e.printStackTrace();
		}
		
		

	}

}

執行如下程式，得到：

王強開始從宿舍出發
趙傑開始從宿舍出發
李明開始從宿舍出發
劉凱開始從宿舍出發
寢室四兄弟一起出發去球場
王強從樓底下出發
李明從樓底下出發
劉凱從樓底下出發
趙傑從樓底下出發
王強到達操場
李明到達操場
趙傑到達操場
劉凱到達操場
四個人一起到達球場，現在開始打球
現在對CyclicBarrier進行復用.....
又來了一撥人，看看願不願意一起打：
王二開始從宿舍出發
雷兵開始從宿舍出發
洪光開始從宿舍出發
趙三開始從宿舍出發
寢室四兄弟一起出發去球場
洪光從樓底下出發
王二從樓底下出發
雷兵從樓底下出發
趙三從樓底下出發
雷兵到達操場
趙三到達操場
洪光到達操場
王二到達操場
四個人一起到達球場，表示願意一起打球，現在八個人開始打球

        由上面例項可瞭解CyclicBarrier的工作原理以及複用的特性。

2.通過CountDownLatch實現CyclicBarrier

        CountDownLatch通過將await()方法和countDown()方法在不同執行緒組分別呼叫，從而實現執行緒組間的執行緒等待，即一個執行緒組等待另一個執行緒組執行結束再執行。而CyclicBarrier類則是通過呼叫await()方法實現執行緒組內的執行緒等待，即達到需要攔截的執行緒數，被攔截的執行緒才會依次獲取鎖，釋放鎖。那麼將CountDownLatch的用法進行轉換，即在同一個執行緒組內呼叫await()方法和countDown()方法，則可實現CyclicBarrier類的功能。但是注意的是必須先呼叫countDown(）方法，才能呼叫await()方法，因為一旦呼叫await()方法，該執行緒後面的內容便不再執行，那麼count值無法改變。具體程式碼如下：

package concurrent;

import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CyclicBarrierWithCount {
	private final static CountDownLatch cdl=new CountDownLatch(3);
	private final static ThreadPoolExecutor threadPool= new ThreadPoolExecutor(10, 15, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());//使用執行緒池
	
	private static class GoThread extends Thread{
		private final String name;
		
		public GoThread(String name)
		{
			this.name=name;
			
		}
		public void run()
		{
			System.out.println(name+"開始從宿舍出發");
			cdl.countDown();
			try
			{
				Thread.sleep(1000);
				cdl.await();//攔截執行緒
				System.out.println(name+"從樓底下出發");
				Thread.sleep(1000);
				System.out.println(name+"到達操場");
			}
			catch(InterruptedException e)
			{
				e.printStackTrace();
			}

			
			
		}
	}
	

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		
		
		String[] str= {"李明","王強","劉凱","趙傑"};
		String[] str1= {"王二","洪光","雷兵","趙三"};
		for(int i=0;i<4;i++)
		{
			threadPool.execute(new GoThread(str[i]));
		}
		try
		{
			Thread.sleep(4000);
			System.out.println("四個人一起到達球場，現在開始打球");
			System.out.println("現在對CyclicBarrier進行復用.....");
			System.out.println("又來了一撥人，看看願不願意一起打：");
		}
		catch(InterruptedException e)
		{
			e.printStackTrace();
		}
		for(int i=0;i<4;i++)
		{
			threadPool.execute(new GoThread(str1[i]));
		}
		try
		{
			Thread.sleep(4000);
			System.out.println("四個人一起到達球場，表示願意一起打球，現在八個人開始打球");
			//System.out.println("現在對CyclicBarrier進行復用");
		}
		catch(InterruptedException e)
		{
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

執行上述程式碼，結果如下：

李明開始從宿舍出發
趙傑開始從宿舍出發
王強開始從宿舍出發
劉凱開始從宿舍出發
王強從樓底下出發
劉凱從樓底下出發
李明從樓底下出發
趙傑從樓底下出發
李明到達操場
趙傑到達操場
王強到達操場
劉凱到達操場
四個人一起到達球場，現在開始打球
現在對CyclicBarrier進行復用.....
又來了一撥人，看看願不願意一起打：
王二開始從宿舍出發
洪光開始從宿舍出發
雷兵開始從宿舍出發
趙三開始從宿舍出發
王二從樓底下出發
洪光從樓底下出發
雷兵從樓底下出發
趙三從樓底下出發
洪光到達操場
王二到達操場
雷兵到達操場
趙三到達操場
四個人一起到達球場，表示願意一起打球，現在八個人開始打球
        由上面可知，CountDownLatch一定情況下可以實現CyclicBarrier類的功能。

3.CountDownLatch和CyclicBarrier的比較

1.CountDownLatch是執行緒組之間的等待，即一個(或多個)執行緒等待N個執行緒完成某件事情之後再執行；而CyclicBarrier則是執行緒組內的等待，即每個執行緒相互等待，即N個執行緒都被攔截之後，然後依次執行。

2.CountDownLatch是減計數方式，而CyclicBarrier是加計數方式。

3.CountDownLatch計數為0無法重置，而CyclicBarrier計數達到初始值，則可以重置。

4.CountDownLatch不可以複用，而CyclicBarrier可以複用。

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