CyclicBarrier回环屏障深度解析

Posted 2021-02-20 zjting

1. 前沿

        从上一节的CountDownLatch的学习，我们发现其只能使用一次，当state递减为0后，就没有用了，需要重新新建一个计数器。那么我们有没有可以复用的计数器呢？当然，JUC包给我们提供了CyclicBarrier回环屏障来实现计数器的复用。

2. 概念讲解

　　何为回环：当所有等待线程执行完成后，重置CyclicBarrier的状态，使得它能被复用。

　　何为屏障：线程调用await方法后就会被阻塞，这个阻塞点就叫屏障点，等所有线程都调用await方法后，线程们就会突破屏障，继续往下运行。

3. 案例

 

 

4. 源码分析

• 构造函数

// 一个入参的构造函数
public CyclicBarrier(int parties) {
        // 调用还是两个入参的构造函数
        this(parties, null);
    }

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
        if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        // 将入参计数器值赋给count和线程数parties 
        this.parties = parties;
        this.count = parties;
        // 计数器count=0时，执行下面barrierCommand的功能
        this.barrierCommand = barrierAction;
    }

• await() 

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
        try {
            // 实际调用的dowait方法
            return dowait(false, 0L);
        } catch (TimeoutException toe) {
            throw new Error(toe); // cannot happen
        }
    }

private int dowait(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
               TimeoutException {
　　　　　// 回环屏障底层是用ReentrantLock独占锁实现，其底层还是基于AQS实现
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            final Generation g = generation;
　　　　　　　// 如果回环屏障是broken=true状态，抛出异常。因为dowait之前broken一定是false的
            if (g.broken)
                throw new BrokenBarrierException();
            // 如果线程interrupted了，那么打破屏障，代码往下执行
            if (Thread.interrupted()) {
                breakBarrier();
                throw new InterruptedException();
            }
　　　　　　　 // 计数器递减1
            int index = --count;
            // 当计数器为0时，打破屏障
            if (index == 0) {  // tripped
                boolean ranAction = false;
                try {
                    // 我们代码中调用两个参数的构造函数时，传入的一个任务
                    final Runnable command = barrierCommand;
　　　　　　　　　　　　// 如果任务不为空，那么在回环屏障打破的时候，执行我们自定义的任务。　　
                    if (command != null)
                        command.run();
                    ranAction = true;
                    nextGeneration();
                    return 0;
                } finally {
                    // 如果try方法出现异常，没有正常将ranAction设置为true,那么finally里强行打破屏障
                    if (!ranAction)
                        breakBarrier();
                }
            }
　　　　　　　// 以下是设置了超时时间的dowait方法实现，当等待时间超过了超时时间时，屏障等待也会结束
            for (;;) {
                try {
                    if (!timed)
                        trip.await();
                    else if (nanos > 0L)
                        nanos = trip.awaitNanos(nanos);
                } catch (InterruptedException ie) {
                    if (g == generation && ! g.broken) {
                        breakBarrier();
                        throw ie;
                    } else {
                        // We‘re about to finish waiting even if we had not
                        // been interrupted, so this interrupt is deemed to
                        // "belong" to subsequent execution.
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    }
                }

                if (g.broken)
                    throw new BrokenBarrierException();

                if (g != generation)
                    return index;

                if (timed && nanos <= 0L) {
                    breakBarrier();
                    throw new TimeoutException();
                }
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

// 打破屏障的方法
private void breakBarrier() {
　　　　　// 设置打破状态为true
        generation.broken = true;
　　　　　// 将线程数重新赋给计数器count,这是保证屏障复用的关键。
        count = parties;
　　　　  // 唤醒其他所有因为调用await方法而发生阻塞的线程
        trip.signalAll();
    }

5. 总结

　　当我们创建回环屏障对象时，传入的计数器值M,前M-1个线程调用await方法时，获得独占锁，串行话执行dowait方法，都将count递减1，并且将M-1个线程加入到trip的条件队列中去。当最后一个线程执行到await方法时，最终将count置为了0，同时唤醒trip条件队列中所有被阻塞的线程，使得所有的M个线程继续往下执行。