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Java并发编程系列23 | 循环屏障CyclicBarrier收录于话题
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本篇介绍第二个并发工具类CyclicBarrier，CyclicBarrier的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier），分以下部分介绍：
CyclicBarrier的使用
CyclicBarrier与CountDownLatch比较
CyclicBarrier源码解析
CyclicBarrier要做的事情是让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程一起执行。
1.1 API
CyclicBarrier(int parties)：构造方法，parties表示拦截线程的数量。
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) ：barrierAction用于在线程到达屏障时优先执行b，用于处理更加复杂的业务场景。
await()：将当前线程阻塞，等到所有的线程都到达指定的临界点后一起执行。
getNumberWaiting()：获取当前有多少个线程阻塞等待在临界点上。
reset()：将屏障重置为初始状态。
1.2 使用举例
举个例子说明CyclicBarrier的使用：8个运动员参加比赛，运动员可能到达赛场的时间不一样，要等8个运动员到齐了才开始比赛，代码如下：
public class CyclicBarrierTest {
private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(8, () -> {
System.out.println("所有运动员入场，裁判员一声令下！！！");
});
public static void main(String[] args) {
System.out.println("运动员准备进场，全场欢呼......");
for (int i = 0; i < 8; i++) {
new Thread() {
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运动员到达起点，准备好了！！！");
try {
barrier.await();// 运动员等待，等所有运动员全部到齐后一起开始比赛
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运动员出发！！！");
};
}.start();
}
}
}输出结果：
运动员准备进场，全场欢呼......
Thread-0 运动员到达起点，准备好了！！！
Thread-2 运动员到达起点，准备好了！！！
Thread-4 运动员到达起点，准备好了！！！
Thread-1 运动员到达起点，准备好了！！！
Thread-3 运动员到达起点，准备好了！！！
Thread-5 运动员到达起点，准备好了！！！
Thread-6 运动员到达起点，准备好了！！！
Thread-7 运动员到达起点，准备好了！！！
所有运动员入场，裁判员一声令下！！！
Thread-7 运动员出发！！！
Thread-0 运动员出发！！！
Thread-1 运动员出发！！！
Thread-4 运动员出发！！！
Thread-2 运动员出发！！！
Thread-6 运动员出发！！！
Thread-5 运动员出发！！！
Thread-3 运动员出发！！！CountDownLatch用于一个线程等待若干个其他线程执行完任务之后才执行，强调一个线程等待，这个线程会阻塞。而CyclicBarrier用于一组线程互相等待至某个状态，然后这一组线程再同时执行，强调的是多个线程互等，这多个线程阻塞，等大家都完成，再携手共进。
CountDownLatch是不能复用的，而CyclicLatch是可以复用的。使用reset()方法将屏障重置为初始状态之后就可以复用。
CyclicBarrier提供了更多的方法，能够通过getNumberWaiting()获取阻塞线程的数量，通过isBroken()方法可以知道阻塞的线程是否被中断。
CyclicBarrier是通过Lock的Condition实现的，每个CyclicBarrier对应个Lock锁和该锁的condition条件。
创建CyclicBarrier时设置一个count计数，当调用await()时做两件事：①将count-1 ②将线程阻塞并构造成结点加入condition条件队列。
当count变为0时，达到等待线程数量要求，condition将条件队列中的线程全部唤醒。
3.1 类结构
public class CyclicBarrier {
private static class Generation { // 内部类，当有parties个线程到达barrier就会更新换代
boolean broken = false; // 是否损坏
}
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 重入锁
private final Condition trip = lock.newCondition();
private final int parties; // 等待线程总数量
private final Runnable barrierCommand; // 达到等待线程数量后执行的线程
private Generation generation = new Generation(); // 当有parties个线程到达barrier,就会更新换代
private int count; // 记录当前线程数量
}3.2 构造方法
将parties设置为count值，设置达到等待线程数量后优先执行的线程
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties; // 保存parties可循环使用
this.count = parties; // 将parties设置为count值
this.barrierCommand = barrierAction;// 设置达到等待线程数量后优先执行的线程
}3.3 await()
await()方法：
①将count-1
②将线程阻塞并构造成结点加入condition条件队列。
③当count变为0时，condition将条件队列中的线程全部唤醒。
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
return dowait(false, 0L);
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen
}
}
private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
final Generation g = generation;
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier(); // 代失效，唤醒所有线程
throw new InterruptedException();
}
int index = --count; // 计数
if (index == 0) { // 达到要求数量
boolean ranAction = false;
try {
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null)
command.run(); // 达到等待线程数量后执行barrierCommand
ranAction = true;
nextGeneration(); // 唤醒本代所有线程，生成新一代，重置count
return 0;
} finally {
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
// 线程数量未达到要求数量,将线程挂起等待
for (;;) {
try {
if (!timed)
trip.await(); // 将线程加入condition队列挂起
else if (nanos > 0L)
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
if (g == generation && !g.broken) {
breakBarrier();
throw ie;
} else {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
// 特殊情况处理
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
if (g != generation)
return index;
if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
// 当前代失效，唤醒所有线程
private void breakBarrier() {
generation.broken = true;
count = parties;
trip.signalAll();
}
// 唤醒本代所有线程，生成新一代，重置count
private void nextGeneration() {
trip.signalAll();
count = parties;
generation = new Generation();
}CyclicBarrier要做的事情是让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。
注意CyclicBarrier与CountDownLatch的区别：CountDownLatch用于一个线程等待若干个其他线程执行完任务之后才执行，而CyclicBarrier强调的是多个线程互等，等大家都完成，再携手共进。此外，CyclicBarrier功能更加强大，可以循环使用。
CyclicBarrier是通过Lock的Condition实现的，每个CyclicBarrier对应个Lock锁和该锁的condition条件。创建CyclicBarrier时设置一个count计数，当调用await()时做两件事：①将count-1 ②将线程阻塞并构造成结点加入condition条件队列。当count变为0时，达到等待线程数量要求，condition将条件队列中的线程全部唤醒。
参考资料
《Java并发编程之美》
《Java并发编程实战》
《Java并发编程的艺术》
【原创】01|开篇获奖感言
【原创】02|并发编程三大核心问题
【原创】03|重排序-可见性和有序性问题根源
【原创】04|Java 内存模型详解
【原创】05|深入理解 volatile
【原创】06|你不知道的 final
【原创】07|synchronized 原理
【原创】08|synchronized 锁优化
【原创】09|基础干货
【原创】10|线程状态
【原创】11|线程调度
【原创】12|揭秘 CAS
【原创】13|LockSupport
【原创】14|AQS 源码分析
【原创】15|重入锁 ReentrantLock
【原创】16|公平锁与非公平锁
【原创】17|读写锁八讲（上）
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【原创】19|JDK8新增锁StampedLock
【原创】20|StampedLock源码解析
【原创】21|Condition-Lock的等待通知
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