【Java多线程】如何正确使用循环栅栏CyclicBarrier

简介: 想象一个这样的场景,我们在打王者荣耀/英雄联盟的时候,都会有一个匹配机制,需要10个人都加载完成后,大家才能一起进入游戏,不然会出现大家进入游戏的时间不一致的情况,这个时候就可以使用CyclicBarrier来实现。
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前言

本篇文章的代码示例已放到 github 上,Git地址为:advance(记录每一个学习过程),大家把代码下载下来之后,全局搜索一些关键代码,即可找到该文章的源码。

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使用场景

想象一个这样的场景,我们在打王者荣耀/英雄联盟的时候,都会有一个匹配机制,需要10个人都加载完成后,大家才能一起进入游戏,不然会出现大家进入游戏的时间不一致的情况,这个时候就可以使用CyclicBarrier来实现。

基本原理

使用CyclicBarrier的线程被叫做参与方,它的内部维护了一个显式锁。参与方只需要执行await()就可以参与等待,此时这些线程会被暂停。当最后一个线程执行await()方法后,其他被暂停的线程都会被唤醒,而最后一个线程不会被暂停。

常用方法

//构造器,定义参与的线程数

CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(10);

//构造器,可以传入跳栅后需要执行的线程

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction);

//将屏障重置为其初始状态

void reset()

//进行等待

int await()

//进行等待,同时具备超时时间

public int await(long timeout, TimeUnit unit)

使用示例

定义玩家运行程序

public class CyclicBarrierRunnable implements Runnable{

   private CyclicBarrier cyclicBarrier;

   private int number;

   public CyclicBarrierRunnable(CyclicBarrier cyclicBarrier, int number) {

       this.cyclicBarrier = cyclicBarrier;

       this.number = number;

   }

   @Override

   public void run() {

       System.out.println("玩家" + number + "号正在加载游戏...");

       try {

           TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

           cyclicBarrier.await();

       } catch (Exception e) {

           System.out.println("线程执行出现问题");

       }

       System.out.println("玩家" + number + "号加载完成。");

   }

}

定义主程序

public class Main {

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {

       CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(10);

       //获取参与方的总数

       System.out.println("参与方的总数为:" + cyclicBarrier.getParties());

       //获取此时等待的线程数

       System.out.println("此时等待的线程数为:" + cyclicBarrier.getNumberWaiting());

       for (int i = 0; i < 10; i++){

           CyclicBarrierRunnable runnable = new CyclicBarrierRunnable(cyclicBarrier, i);

           new Thread(runnable).start();

       }

   }

}

运行结果

image

执行说明

主线程每隔2秒会启动一个子线程执行,子线程打印“准备执行”后,会调用await()方法进行等待,从结果我们可以看出:当最后一个CyclicBarrier.await()方法被执行后,所有的等待线程同时被唤醒,同时开始执行。

内部原理

CyclicBarrier内部使用了一个条件变量trip来实现等待/通知。

CyclicBarrier内部实现使用了分代的概念用于表示CyclicBarrier实例是可以重复使用的。

除最后一个线程外的任何一个参与方都相当于一个等待线程,这些线程所使用的保护条件是:“当前分代内,尚未执行await方法的参与方个数为0”。await()方法每被执行一次,相应实例的parties值会减少1.最后一个线程相当于通知线程,它执行await()会使相应实例的parties的值变为0,此线程会先执行barrierAction.run(),然后再执行trip.signalAll()来唤醒所有等待线程。

注意事项

  1. 使用reset()方法将屏障置为初始状态时,如果所有参与者目前都在屏障处等待,则将他们唤醒,同时抛出一个BrokenBarrierException异常
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