阿里一面CyclicBarrier和CountDownLatch的區別是啥
引言
前面一篇文章我們《Java高並發編程基礎三大利器之CountDownLatch》它有一個缺點，就是它的計數器只能夠使用一次，也就是說當計數器（state）減到為 0的時候，如果 再有執行緒調用去 await() 方法，該執行緒會直接通過，不會再起到等待其他執行緒執行結果起到同步的作用。為了解決這個問題CyclicBarrier就應運而生了。
什麼是CyclicBarrier
CyclicBarrier是什麼？把它拆開來翻譯就是循環（Cycle）和屏障（Barrier）
它的主要作用其實和CountDownLanch差不多，都是讓一組執行緒到達一個屏障時被阻塞，直到最後一個執行緒到達屏障時，屏障會被打開，所有被屏障阻塞的執行緒才會繼續執行，不過它是可以循環執行的，這是它與CountDownLanch最大的不同。CountDownLanch是只有當最後一個執行緒把計數器置為0的時候，其他阻塞的執行緒才會繼續執行。學習CyclicBarrier之前建議先去看看這幾篇文章：
如何使用
我們首先先來看下關於使用CyclicBarrier的一個demo：比如遊戲中有個關卡的時候，每次進入下一關的時候都需要進行載入一些地圖、特效背景音樂什麼的只有全部載入完了才能夠進行遊戲:
/**demo 來源//blog.csdn.net/lstcui/article/details/107389371
* 公眾號【java金融】
*/
public class CyclicBarrierExample {
static class PreTaskThread implements Runnable {
private String task;
private CyclicBarrier cyclicBarrier;
public PreTaskThread(String task, CyclicBarrier cyclicBarrier) {
this.task = task;
this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 4; i++) {
Random random = new Random();
try {
Thread.sleep(random.nextInt(1000));
System.out.println(String.format("關卡 %d 的任務 %s 完成", i, task));
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
System.out.println("本關卡所有的前置任務完成，開始遊戲... ...");
});
new Thread(new PreTaskThread("載入地圖數據", cyclicBarrier)).start();
new Thread(new PreTaskThread("載入人物模型", cyclicBarrier)).start();
new Thread(new PreTaskThread("載入背景音樂", cyclicBarrier)).start();
}
}
}
輸出結果如下：
我們可以看到每次遊戲開始都會等當前關卡把遊戲的人物模型，地圖數據、背景音樂載入完成後才會開始進行遊戲。並且還是可以循環控制的。
源碼分析
結構組成
/** The lock for guarding barrier entry */
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** Condition to wait on until tripped */
private final Condition trip = lock.newCondition();
/** The number of parties */
private final int parties;
/* The command to run when tripped */
private final Runnable barrierCommand;
/** The current generation */
private Generation generation = new Generation();
- lock:用於保護屏障入口的鎖
- trip :達到屏障並且不能放行的執行緒在trip條件變數上等待
- parties :柵欄開啟需要的到達執行緒總數
- barrierCommand：最後一個執行緒到達屏障後執行的回調任務
- generation：這是一個內部類，通過它實現
CyclicBarrier重複利用，每當await達到最大次數的時候，就會重新new一個，表示進入了下一個輪迴。裡面只有一個boolean型屬性，用來表示當前輪迴是否有執行緒中斷。
主要方法
await方法
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
return dowait(false, 0L);
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen
}
}
/**
* Main barrier code, covering the various policies.
*/
private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//獲取barrier當前的 「代」也就是當前循環
final Generation g = generation;
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
// 每來一個執行緒調用await方法都會進行減1
int index = --count;
if (index == 0) { // tripped
boolean ranAction = false;
try {
final Runnable command = barrierCommand;
// new CyclicBarrier 傳入 的barrierCommand, command.run()這個方法是同步的，如果耗時比較多的話,是否執行的時候需要考慮下是否非同步來執行。
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
// 這個方法1. 喚醒所有阻塞的執行緒，2. 重置下count（count 每來一個執行緒都會進行減1）和generation，以便於下次循環。
nextGeneration();
return 0;
} finally {
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
// loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
for (;;) {
try {
// 進入if條件，說明是不帶超時的await
if (!timed)
// 當前執行緒會釋放掉lock，然後進入到trip條件隊列的尾部，然後掛起自己，等待被喚醒。
trip.await();
else if (nanos > 0L)
//說明當前執行緒調用await方法時 是指定了 超時時間的！
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
//Node節點在 條件隊列內 時 收到中斷訊號時 會拋出中斷異常！
//g == generation 成立，說明當前代並沒有變化。
//! g.broken 當前代如果沒有被打破，那麼當前執行緒就去打破，並且拋出異常..
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.
//執行到else有幾種情況？
//1.代發生了變化，這個時候就不需要拋出中斷異常了，因為 代已經更新了，這裡喚醒後就走正常邏輯了..只不過設置下 中斷標記。
//2.代沒有發生變化，但是代被打破了，此時也不用返回中斷異常，執行到下面的時候會拋出 brokenBarrier異常。也記錄下中斷標記位。
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
//喚醒後，執行到這裡，有幾種情況？
//1.正常情況，當前barrier開啟了新的一代（trip.signalAll()）
//2.當前Generation被打破，此時也會喚醒所有在trip上掛起的執行緒
//3.當前執行緒trip中等待超時，然後主動轉移到 阻塞隊列 然後獲取到鎖 喚醒。
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
//喚醒後，執行到這裡，有幾種情況？
//1.正常情況，當前barrier開啟了新的一代（trip.signalAll()）
//2.當前執行緒trip中等待超時，然後主動轉移到 阻塞隊列 然後獲取到鎖 喚醒。
if (g != generation)
return index;
//喚醒後，執行到這裡，有幾種情況？
//.當前執行緒trip中等待超時，然後主動轉移到 阻塞隊列 然後獲取到鎖 喚醒。
if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
小結
到了這裡我們是不是可以知道為啥CyclicBarrier可以進行循環計數？
CyclicBarrier採用一個內部類Generation來維護當前循環，每一個await方法都會存儲當前的generation，獲取到相同generation對象的屬於同一組，每當count的次數耗盡就會重新new一個Generation並且重新設置count的值為parties，表示進入下一次新的循環。
從這個await方法我們是不是可以知道只要有一個執行緒被中斷了，當代的 generation的broken 就會被設置為true，所以會導致其他的執行緒也會被拋出BrokenBarrierException。相當於一個失敗其他也必須失敗，感覺有「強一致性「的味道。
總結
CountDownLanch是為計數器是設置一個值，當多次執行countdown後，計數器減為0的時候所有執行緒被喚醒，然後CountDownLanch失效，只能夠使用一次。CyclicBarrier是當count為0時同樣喚醒全部執行緒，同時會重新設置count為parties，重新new一個generation來實現重複利用。
結束
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