Java多執行緒同步工具類別CyclicBarrier如何使用

CyclicBarrier是什麼

CyclicBarrier是Java並發包中提供的一種同步工具類，它可以讓多個執行緒在某個屏障處等待，直到所有執行緒都到達該屏障處才繼續執行。 CyclicBarrier的實作原理是基於ReentrantLock和Condition實現的，透過多次呼叫await()方法來實現執行緒的等待和喚醒。

CyclicBarrier的基本使用方法

CyclicBarrier的基本使用方法非常簡單，只需要建立一個CyclicBarrier對象，並將計數器的值設定為等待的執行緒數。每個執行緒執行完畢後，呼叫CyclicBarrier的await()方法等待其他執行緒執行完畢，當所有執行緒都到達屏障處時，屏障將被打開，所有執行緒將繼續執行。

CyclicBarrier的原始碼實作

CyclicBarrier的實作原理是基於ReentrantLock和Condition實現的，透過多次呼叫await()方法來實現執行緒的等待和喚醒。 CyclicBarrier的原始碼實作主要包括兩個部分：屏障的初始化和屏障的等待和喚醒。

（1）CyclicBarrier的初始化

在建立CyclicBarrier物件時，需要指定等待的執行緒數和屏障的執行操作。 CyclicBarrier物件的建構方法如下：

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

其中，parties表示等待的執行緒數，barrierAction表示屏障執行的動作。

在建構方法中，會根據等待的執行緒數建立一個parties大小的ReentrantLock陣列和一個Condition物件。 ReentrantLock陣列用來確保多個執行緒能夠同時到達屏障處並等待，Condition物件用來進行執行緒的等待和喚醒。

（2）CyclicBarrier的等待和喚醒

當執行緒執行到await()方法時，會先嘗試取得ReentrantLock物件的鎖，如果取得失敗，執行緒會被加入到等待佇列中等待鎖的釋放。當取得到鎖定後，執行緒會判斷目前的計數器是否已經達到等待的執行緒數，如果是，則執行屏障的操作並將計數器重設為parties，喚醒等待佇列中的所有執行緒。如果計數器未達到等待的執行緒數，則執行緒會被加入到等待佇列中等待其他執行緒的到來。

CyclicBarrier的await()方法原始碼如下：

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
    try {
        // 获取锁
        lock.lock();
        // 计数器减1
        int index = --count;
        if (index == 0) {
            // 如果计数器为0，执行屏障操作并唤醒等待队列中的所有线程
            final Runnable command = barrierCommand;
            if (command != null) {
                command.run();
            }
            next
        trip.signalAll();
    } else {
        try {
            // 等待其他线程到达屏障处
            int phase = generation;
            trip.await();
            // 如果是最后一个到达屏障的线程，执行屏障操作并唤醒等待队列中的所有线程
            if (phase == generation) {
                command = barrierCommand;
                if (command != null) {
                    command.run();
                }
            }
            // 计数器重置
            nextGeneration();
        } catch (InterruptedException ie) {
            // 如果线程在等待时被中断，抛出InterruptedException异常
            cancel();
            throw ie;
        } catch (BrokenBarrierException bbe) {
            // 如果屏障被破坏，抛出BrokenBarrierException异常
            broken = true;
            trip = new Condition[parties];
            throw bbe;
        }
    }
    return index;
} finally {
    // 释放锁
    lock.unlock();
}
}

在CyclicBarrier的await()方法中，首先取得ReentrantLock物件的鎖，並將計數器減1。如果計數器為0，則執行屏障的操作並喚醒等待佇列中的所有線程，如果計數器不為0，則等待其他線程到達屏障處。

在等待過程中，如果執行緒被中斷，將會拋出InterruptedException例外。如果屏障被破壞，將拋出BrokenBarrierException異常。如果是最後一個到達屏障的線程，將執行屏障的操作並喚醒等待佇列中的所有線程，並將計數器重設為parties。

CyclicBarrier的使用場景

CyclicBarrier適用於多個執行緒需要等待彼此到達某個屏障點後再繼續執行的場景。例如，多個執行緒需要同時執行某個任務，但某個任務需要等待其他任務完成後才能繼續執行，這時就可以使用CyclicBarrier來實現執行緒的同步和協作。

另外，CyclicBarrier也可以用來實現流水線式的處理，例如生產者消費者模式中，多個生產者可以同時向隊列中添加數據，當隊列滿時，所有生產者需要等待消費者處理完資料後再繼續加入資料。

以上是Java多執行緒同步工具類別CyclicBarrier如何使用的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！