JUC的CyclicBarrier怎么实现
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CyclicBarrier 实现内幕
前面介绍的 CountDownLatch 同步器是基于 AQS 实现的，而本文要介绍的 CyclicBarrier 则没有直接继承 AQS 的 AbstractQueuedSynchronizer 抽象类，而是基于 ReentrantLock 锁进行实现。首先来看一下 CyclicBarrier 的字段定义，如下：
public class CyclicBarrier {
/** 支撑 CyclicBarrier 的重入锁 */
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** 条件队列，已经到达屏障的线程会在条件队列中等待其它线程 */
private final Condition trip = lock.newCondition();
/** 参与的线程数 */
private final int parties;
/** 当所有线程都到达屏障时的回调函数 */
private final Runnable barrierCommand;
/** 当前年代对象 */
private Generation generation = new Generation();
/** 当前剩余未完成的线程数 */
private int count;
// ... 省略方法定义
}上述各个字段的含义如代码注释，这里我们进一步解释一下 generation 字段，该字段为 Generation 类型，用于表示当前 CyclicBarrier 同步器的年代信息。Generation 内部类定义如下：
private static class Generation {
boolean broken = false;
}当新建一个 CyclicBarrier 对象时会初始化 CyclicBarrier#generation 字段。此外，当所有参与的线程都到达屏障后（也称 tripped），或者 CyclicBarrier 被重置（即调用 CyclicBarrier#reset 方法）时，会新建一个 Generation 对象赋值给 CyclicBarrier#generation 字段，表示年代的更替。
Generation 定义的 Generation#broken 属性用于标识当前屏障是否被打破。当 CyclicBarrier 被重置，或者参与到该屏障的某个线程被中断、等待超时，亦或是执行回调函数发生异常，都会导致屏障被打破。破损的屏障（即 broken=true）会导致当前参与等待的线程，以及已经处于等待状态的线程抛出 BrokenBarrierException 异常，并退出当前屏障进程。
因为 CyclicBarrier 的复用性，导致在程序运行期间可能并存多个年代信息，但是任何时刻只有一个年代对象是活跃的，剩余的年代对象对应的 CyclicBarrier 要么是已经用完的（tripped），要么就是已经破损的。
介绍完了字段定义，下面来分析一下 CyclicBarrier 的方法实现，首先来看一下构造方法。CyclicBarrier 定义了两个构造方法，实现如下：
public CyclicBarrier(int parties) {
this(parties, null);
}
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) {
throw new IllegalArgumentException();
}
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}其中 parties 参数用于指定当前参与的线程数，参数 barrierAction 用于指定当所有参与的线程都到达屏障时的回调逻辑。你可能有些疑问，既然设置了 parties 字段，为什么还要设置一个 count 字段呢？
考虑 CyclicBarrier 是可重用的，所以需要有一个字段记录参与线程的数目，即 parties 字段，而 count 字段初始值等于 parties 字段值，但是在运行期间其值是会随着参与线程逐一到达屏障而递减的，所以 count 值始终记录的是当前未到达屏障的线程数。当 CyclicBarrier 被重置时，我们需要依据 parties 字段值来重置 count 字段值。
继续来看一下 CyclicBarrier 除构造方法以外的剩余方法实现，主要分析一下 CyclicBarrier#await 方法和 CyclicBarrier#reset 方法。首先来看一下 CyclicBarrier#reset 方法，当我们希望复用 CyclicBarrier 对象时可以调用该方法，用于重置 count 值、年代信息，并唤醒所有位于条件队列中等待的线程。方法实现如下：
public void reset() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
this.breakBarrier(); // break the current generation
this.nextGeneration(); // start a new generation
} finally {
lock.unlock();
}
}
private void breakBarrier() {
// 标识当前屏障被打破
generation.broken = true;
// 重置 count 字段值
count = parties;
// 唤醒所有等待的线程
trip.signalAll();
}
private void nextGeneration() {
// 唤醒所有等待的线程
trip.signalAll();
// 重置 count 值
count = parties;
generation = new Generation();
}再来看一下 CyclicBarrier#await 方法，该方法用于阻塞当前线程，以在屏障处等待其它线程到达，CyclicBarrier 还为该方法定义了超时等待版本。当一个线程因调用 CyclicBarrier#await 方法进入等待状态时，该线程将会在满足以下条件之一时退出等待状态：
所有参与的线程都已经到达了屏障。
当前线程被中断，或者其它处于等待状态的线程被中断。
如果启用了超时机制，并且某个参与的线程等待超时。
CyclicBarrier 被重置。
方法 CyclicBarrier#await 的普通版本和超时版本在实现上都是直接委托给 CyclicBarrier#dowait 方法执行，所以下面主要来分析一下该方法，实现如下：
private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加锁
lock.lock();
try {
// 获取当前年代信息
final Generation g = generation;
// 当前屏障被打破，抛出异常
if (g.broken) {
throw new BrokenBarrierException();
}
// 当前线程被中断，打破屏障，并唤醒所有等待的线程
if (Thread.interrupted()) {
this.breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
int index = --count;
// 如果 count 值为 0，说明所有的线程都已经到达屏障
if (index == 0) { // tripped
boolean ranAction = false;
try {
// 如果设置了回调，则执行
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null) {
command.run();
}
ranAction = true;
// 唤醒所有等待的线程，并重置屏障
this.nextGeneration();
return 0;
} finally {
// 如果执行回调异常
if (!ranAction) {
this.breakBarrier();
}
}
}
// count 值不为 0，说明存在还未到达屏障的线程，则进入条件队列等待
// loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
for (; ; ) {
try {
if (!timed) {
// 进入条件队列等待
trip.await();
} else if (nanos > 0L) {
// 进入条件队列超时等待
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
}
} catch (InterruptedException ie) {
// 当前线程被中断，响应中断
if (g == generation && !g.broken) {
this.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();
}
}
// 屏障被打破
if (g.broken) {
throw new BrokenBarrierException();
}
// 当前 CyclicBarrier 已经被重置
if (g != generation) {
return index;
}
// 等待超时
if (timed && nanos <= 0L) {
this.breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}由上述实现我们可以总结线程在调用 CyclicBarrier#await 方法时的整体执行流程。如果当前线程不是最后一个到达屏障的线程（递减 count 值之后仍然大于 0），则调用 Condition#await 方法（或超时版本）将当前线程添加到条件队列中等待。如果当前线程是最后一个到达屏障的线程（递减 count 值之后为 0），则在线程到达屏障后执行：
如果指定了回调逻辑，则执行该回调，如果期间发生任何异常，则打破屏障、重置 count 值，并唤醒条件队列中所有等待的线程；
否则，继续调用
CyclicBarrier#nextGeneration方法唤醒条件队列中所有等待的线程，并重置 count 值和年代信息。
在上述过程中如果当前线程或处于等待状态的线程被中断、屏障被打破、年代信息发生变化，或者等待超时（如果允许的话），则线程将会从 Condition#await 方法中退出，即当前屏障失效。
到此，关于“JUC的CyclicBarrier怎么实现”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！
新闻标题：JUC的CyclicBarrier怎么实现
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