什麼是循環勢壘？關鍵事實和範例解釋

1.什麼是循環勢壘？

A CyclicBarrier 是一種同步輔助工具，可讓一組執行緒相互等待到達公共屏障點。一旦所有線程到達屏障，它們就會被釋放以繼續工作。屏障被稱為“循環”，因為它可以在等待線程被釋放後被重複使用。

1.1 CyclicBarrier 的主要特點

• 可重用性 ：與 CountDownLatch 等其他同步輔助工具不同，CyclicBarrier 可以在所有執行緒釋放後重設並再次使用。
• 屏障操作 ：您可以選擇指定一個屏障操作，一旦所有執行緒到達屏障，就會執行該操作。
• 靈活性：在多個執行緒需要等待彼此完成一個階段才能繼續下一階段的情況下非常有用。

1.2 CyclicBarrier 的工作原理

• 初始化 ：CyclicBarrier 被初始化為需要在屏障處等待的多個方（執行緒）。
• 等待：每個執行緒在屏障上呼叫await()方法。
• 釋放 ：當最後一個執行緒到達屏障時，所有等待執行緒被釋放，並執行可選的屏障操作（如果提供）。
• 重複使用：屏障被重置，可以再次使用以進行另一個等待週期。

1.3 常見用例

• 批次處理 ：批次處理資料時，執行緒可以在每個批次結束時使用 CyclicBarrier 進行同步。
• 平行演算法：在平行演算法中，執行緒在完成某些計算階段後通常需要同步。

2. 實際例子與演示

為了更好地理解 CyclicBarrier 的工作原理，讓我們來看一個實際的範例和示範。

2.1 程式碼範例

這是一個簡單的範例，示範了 CyclicBarrier 的使用：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final int numberOfThreads = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numberOfThreads, new BarrierAction());

        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            new Thread(new Task(barrier)).start();
        }
    }
}

class Task implements Runnable {
    private final CyclicBarrier barrier;

    Task(CyclicBarrier barrier) {
        this.barrier = barrier;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting at the barrier.");
            barrier.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has passed the barrier.");
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class BarrierAction implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Barrier Action executed. All threads are released.");
    }
}

2.2 演示結果

當您執行上述程式碼時，您將觀察到以下序列：

• 每個執行緒都會列印一條訊息，表示它正在屏障處等待。
• 一旦所有線程到達屏障，BarrierAction 就會被執行，並打印“Barrier Action returned. Allthreads arerelease.”
• 每個執行緒都會列印一條訊息，表示它已經通過了屏障。

這是一個範例輸出：

Thread-0 is waiting at the barrier.
Thread-1 is waiting at the barrier.
Thread-2 is waiting at the barrier.
Barrier Action executed. All threads are released.
Thread-0 has passed the barrier.
Thread-1 has passed the barrier.
Thread-2 has passed the barrier.

三、結論

CyclicBarrier 是 Java 中協調多執行緒的寶貴工具。它允許線程相互等待，並且可以跨多個週期重複使用，這使其成為許多同步場景的理想選擇。無論您是批次處理資料還是實現平行演算法，了解如何有效使用CyclicBarrier都將增強您的多執行緒程式設計技能。

如果您對在專案中使用 CyclicBarrier 有任何疑問或需要進一步說明，請隨時在下面發表評論！

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