【Java多线程】如何正确使用循环栅栏CyclicBarrier

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。

大家觉得有用的话，麻烦点个star👍再走呗！

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

【Java多线程】如何正确使用循环栅栏CyclicBarrier

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。