前言
jdk中提供了许多的并发工具类，大家可能比较熟悉的有CountDownLatch，主要用来阻塞一个线程运行，直到其他线程运行完毕。而jdk还有一个功能类似并发工具类CyclicBarrier，你知道它的作用吗？和CountDownLatch有什么区别呢？
对于CountDownLatch不了解的可以参考# CountDownLatch源码硬核解析
介绍和使用
CyclicBarrier，循环屏障，用来进行线程协作，让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，会触发自己运行，运行完后，屏障又会开门，所有被屏障拦截的线程又可以继续运行。所以CyclicBarrier 是可以重用的。
为了更好的理解，我们举个例子，如下图所示：
我们将屏障想成栅栏，5个线程想成5头猪。5头猪开始往前跑，直到都跑到栅栏前，栅栏开始做个自己的任务，比如看看猪多重。然后打开栅栏，猪又会继续跑，跑到下一个栅栏，就这样循环....
API介绍
构造方法
public CyclicBarrier(int parties): 创建parties个线程任务的循环CyclicBarrierpublic CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)： 当parties个线程到到屏障出，自己执行任务barrierAction
常用API
int await()：线程调用await方法通知CyclicBarrier本线程已经到达屏障
基本使用
我们将上面猪猪的例子通过CyclicBarrier简单做一个实现。
@Slf4j(topic = "c.CyclicBarrierPig") public class CyclicBarrierPig { public static void main(String[] args) { ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5); CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5, () -> { System.out.println("主人看看哪个猪跑最快，最肥..."); }); // 循环跑3次 for (int i = 0; i < 3; i++) { // 5条猪开始跑 for(int j = 0; j<5; j++) { int finalJ = j; service.submit(() -> { log.info("pig{} is run .....", finalJ); try { // 随机时间，模拟跑花费的时间 Thread.sleep(new Random().nextInt(5000)); log.info("pig{} reach barrier .....", finalJ); barrier.await(); } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } }); } } service.shutdown(); } }
运行结果：
实现原理
我们已经明白CyclicBarrier的基本使用了，那我们看看它是如何实现的。
成员属性
- 全局锁：利用可重入锁实现的工具类
// barrier 实现是依赖于Condition条件队列，condition 条件队列必须依赖lock才能使用 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 线程挂起实现使用的 condition 队列，当前代所有线程到位，这个条件队列内的线程才会被唤醒 private final Condition trip = lock.newCondition();
- 线程数量
// 代表多少个线程到达屏障开始触发线程任务 private final int parties; // 表示当前“代”还有多少个线程未到位，初始值为 parties private int count;
- 当前代中最后一个线程到位后要执行的任务
private final Runnable barrierCommand;
- 代, 也是用标记一次循环
// 表示 barrier 对象当前 代 private Generation generation = new Generation(); private static class Generation { // 表示当前“代”是否被打破，如果被打破再来到这一代的线程 就会直接抛出 BrokenException 异常 // 且在这一代挂起的线程都会被唤醒，然后抛出 BrokerException 异常。 boolean broken = false; }
构造方法
public CyclicBarrie(int parties, Runnable barrierAction) { // 因为小于等于 0 的 barrier 没有任何意义 if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.parties = parties; this.count = parties; // 可以为 null this.barrierCommand = barrierAction; }
成员方法
await()：阻塞等待所有线程到位
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) { throw new Error(toe); // cannot happen } } // timed：表示当前调用await方法的线程是否指定了超时时长，如果 true 表示线程是响应超时的 // nanos：线程等待超时时长，单位是纳秒 private int dowait(boolean timed, long nanos) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加锁 lock.lock(); try { // 获取当前代 final Generation g = generation; // 【如果当前代是已经被打破状态，则当前调用await方法的线程，直接抛出Broken异常】 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); // 如果当前线程被中断了，则打破当前代，然后当前线程抛出中断异常 if (Thread.interrupted()) { // 设置当前代的状态为 broken 状态，唤醒在 trip 条件队列内的线程 breakBarrier(); throw new InterruptedException(); } // 逻辑到这说明，当前线程中断状态是 false， 当前代的 broken 为 false（未打破状态） // 假设 parties 给的是 5，那么index对应的值为 4,3,2,1,0 int index = --count; // 条件成立说明当前线程是最后一个到达 barrier 的线程，【需要开启新代，唤醒阻塞线程】 if (index == 0) { // 栅栏任务启动标记 boolean ranAction = false; try { final Runnable command = barrierCommand; if (command != null) // 启动触发的任务 command.run(); // run()未抛出异常的话，启动标记设置为 true ranAction = true; // 开启新的一代，这里会【唤醒所有的阻塞队列】 nextGeneration(); // 返回 0 因为当前线程是此代最后一个到达的线程，index == 0 return 0; } finally { // 如果 command.run() 执行抛出异常的话，会进入到这里 if (!ranAction) breakBarrier(); } } // 自旋，一直到条件满足、当前代被打破、线程被中断，等待超时 for (;;) { try { // 根据是否需要超时等待选择阻塞方法 if (!timed) // 当前线程释放掉 lock，【进入到 trip 条件队列的尾部挂起自己】，等待被唤醒 trip.await(); else if (nanos > 0L) nanos = trip.awaitNanos(nanos); } catch (InterruptedException ie) { // 被中断后来到这里的逻辑 // 当前代没有变化并且没有被打破 if (g == generation && !g.broken) { // 打破屏障 breakBarrier(); // node 节点在【条件队列】内收到中断信号时 会抛出中断异常 throw ie; } else { // 等待过程中代变化了，完成一次自我打断 Thread.currentThread().interrupt(); } } // 唤醒后的线程，【判断当前代已经被打破，线程唤醒后依次抛出 BrokenBarrier 异常】 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); // 当前线程挂起期间，最后一个线程到位了，然后触发了开启新的一代的逻辑 if (g != generation) return index; // 当前线程 trip 中等待超时，然后主动转移到阻塞队列 if (timed && nanos <= 0L) { breakBarrier(); // 抛出超时异常 throw new TimeoutException(); } } } finally { // 解锁 lock.unlock(); } }
breakBarrier()：打破 Barrier 屏障
private void breakBarrier() { // 将代中的 broken 设置为 true，表示这一代是被打破了，再来到这一代的线程，直接抛出异常 generation.broken = true; // 重置 count 为 parties count = parties; // 将在trip条件队列内挂起的线程全部唤醒，唤醒后的线程会检查当前是否是打破的，然后抛出异常 trip.signalAll(); }
- nextGeneration()：开启新的下一代
private void nextGeneration() { // 将在 trip 条件队列内挂起的线程全部唤醒 trip.signalAll(); // 重置 count 为 parties count = parties; // 开启新的一代，使用一个新的generation对象，表示新的一代，新的一代和上一代【没有任何关系】 generation = new Generation(); }
和CountDownLatch的区别
相同点
二者都能让一个或多个线程阻塞等待，都可以用在多个线程间的协调，起到线程同步的作用。
不同点
CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以反复 使用。CountDownLatch.await一般阻塞工作线程，所有的进行预备工作的线程执行countDown，而CyclicBarrier通过工作线程调用await从而自行阻塞，直到所有工作线程达到指定屏障，所有的线程才会返回各自执行自己的工作。CyclicBarrier还可以提供一个barrierAction，合并多线程计算结果。CountDownLatch会阻塞主线程，CyclicBarrier不会阻塞主线程，只会阻塞子线程。
总结
本文讲解了CyclicBarrier 的基本功能和使用，同时讲解了它大致的实现。关于CyclicBarrier 具体有什么使用场景，你可能还是比较迷惑，我再举个例子，比如CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。
