并发栅栏CyclicBarrier—简单问
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
并发栅栏CyclicBarrier—简单问
背景：前几天在网上看到关于Java并发包java.concurrent中一个连环炮的面试题，整理下以备不时之需。
CyclicBarrier简介：
栅栏类似于闭锁，它能够阻塞一组线程直到某个事件发生；它与闭锁(CountDownLatch)的区分关键在于，闭锁是所有线程等待一个外部事件的发生；而栅栏则是所有线程相互等待，直到所有线程都到达某一点时才打开栅栏，然后线程可以继续执行。
问题：
如果想实现所有的线程一起等待某个事件的发生，当某个事件发生时，所有线程一起开始往下执行的话，有什么好的办法吗？
回答：
可以使用栅栏，Java并发包中的CyclicBarrier。
又问：
你知道CyclicBarrier的实现原理吗？
回答：
CyclicBarrier.await方法调用CyclicBarrier.dowait方法，每次调用await方法都会使计数器-1，当减少到0时就会唤醒所有的线程。(计数器count就是线程总数,CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(100);)最核心的部分就是 int index = –count; 和 nextGeneration();方法。
1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { 2 try { 3 return dowait(false, 0L); 4 } catch (TimeoutException toe) { 5 throw new Error(toe); // cannot happen 6 } 7 }
1 public int await(long timeout, TimeUnit unit) 2 throws InterruptedException, 3 BrokenBarrierException, 4 TimeoutException { 5 return dowait(true, unit.toNanos(timeout)); 6 }
1 private int dowait(boolean timed, long nanos) 2 throws InterruptedException, BrokenBarrierException, 3 TimeoutException { 4 final ReentrantLock lock = this.lock; 5 lock.lock(); 6 try { 7 final Generation g = generation; 8 9 if (g.broken) 10 throw new BrokenBarrierException(); 11 12 if (Thread.interrupted()) { 13 breakBarrier(); 14 throw new InterruptedException(); 15 } 16 17 int index = --count; // 最核心的部分就是此处1 18 if (index == 0) { // tripped 19 boolean ranAction = false; 20 try { 21 final Runnable command = barrierCommand; 22 if (command != null) 23 command.run(); 24 ranAction = true; 25 nextGeneration(); // 最核心的部分就是此处2 26 return 0; 27 } finally { 28 if (!ranAction) 29 breakBarrier(); 30 } 31 } 32 33 // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out 34 for (;;) { 35 try { 36 if (!timed) 37 trip.await(); 38 else if (nanos > 0L) 39 nanos = trip.awaitNanos(nanos); 40 } catch (InterruptedException ie) { 41 if (g == generation && ! g.broken) { 42 breakBarrier(); 43 throw ie; 44 } else { 45 // We're about to finish waiting even if we had not 46 // been interrupted, so this interrupt is deemed to 47 // "belong" to subsequent execution. 48 Thread.currentThread().interrupt(); 49 } 50 } 51 52 if (g.broken) 53 throw new BrokenBarrierException(); 54 55 if (g != generation) 56 return index; 57 58 if (timed && nanos <= 0L) { 59 breakBarrier(); 60 throw new TimeoutException(); 61 } 62 } 63 } finally { 64 lock.unlock(); 65 } 66 }
1 private void nextGeneration() { 2 // signal completion of last generation 3 trip.signalAll(); 4 // set up next generation 5 count = parties; 6 generation = new Generation(); 7 }
又问：
除此之外，您还知道其它的实现方式吗？
回答：
方案1：读写锁，刚开始主线程获取写锁，然后所有子线程获取读锁，然后等事件发生时主线程释放写锁；
方案2：CountDownLatch闭锁，CountDownLatch初始值设为1，所有子线程调用await方法等待，等事件发生时调用countDown方法计数减为0；
方案3：Semaphore，Semaphore初始值设为N，刚开始主线程先调用acquire(N)申请N个信号量，其他线程调用acquire()阻塞等待，等事件发生时同时主线程释放N个信号量。
CountDownLatch闭锁实现模拟如下：
1 import java.util.concurrent.CountDownLatch; 2 3 public class CountDownLatchDemo { 4 5 /** 6 * 模拟老爸去饭店 7 */ 8 public static void fatherToRes() 9 { 10 System.out.println("老爸步行去饭店需要3小时。"); 11 } 12 13 /** 14 * 模拟老妈去饭店 15 */ 16 public static void motherToRes() 17 { 18 System.out.println("老妈挤公交去饭店需要2小时。"); 19 } 20 21 /** 22 * 模拟我去饭店 23 */ 24 public static void meToRes() 25 { 26 System.out.println("我乘地铁去饭店需要1小时。"); 27 } 28 29 /** 30 * 模拟一家人到齐了 31 */ 32 public static void togetherToEat() 33 { 34 System.out.println("一家人到齐了，开始吃饭"); 35 } 36 37 38 private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); 39 40 public static void main(String[] args) throws InterruptedException 41 { 42 43 new Thread() 44 { 45 public void run() 46 { 47 fatherToRes(); 48 latch.countDown(); 49 }; 50 }.start(); 51 new Thread() 52 { 53 public void run() 54 { 55 motherToRes(); 56 latch.countDown(); 57 }; 58 }.start(); 59 new Thread() 60 { 61 public void run() 62 { 63 meToRes(); 64 latch.countDown(); 65 }; 66 }.start(); 67 68 latch.await(); 69 togetherToEat(); 70 } 71 }
又问：
您觉得这些方式里哪个方式更好呢？
回答：
CountDownLatch闭锁是等待一组线程执行完毕后才能继续执行；
CyclicBarrier栅栏是能让一组线程达到一个同步点时被阻塞，直到最后一个线程达到，阻塞才会消失，其是可以循环使用的；
Semaphore信号量是只允许一定数量的线程同时执行，一般用来限制访问资源的线程数量。
又问：
如果你这个时候依然可以说出来你自己更好的实现方式，那么面试官肯定还会揪着这个继续问你。
