java并发-CyclicBarrier

### 1. 简介

CyclicBarrier是一个Java并发工具类，它可以让一组线程在到达某个屏障时停止执行，直到所有线程都到达屏障时才能继续执行。与CountDownLatch类似，CyclicBarrier也可以用来协调多个线程间的执行顺序，但是它的用途更加复杂，可以进行多次等待。CyclicBarrier在处理一些复杂的并发任务时非常有用。

### 2. 底层实现

CyclicBarrier通过java.util.concurrent.locks.ReentrantLock和java.util.concurrent.locks.Condition（一个条件变量）来实现。当一个线程调用await()方法时，它将会被挂起并等待屏障的其它线程到达。当所有线程都到达屏障时，屏障被放开，所有线程都可以继续执行，达到了协调的目的。

CyclicBarrier的内部状态主要由两个变量组成：一个是“参与者数目”，表示需要等待的线程数，另一个是“屏障状态”，表示屏障是否已经被打破。在屏障状态为false时，所有调用await()方法的线程都被挂起。当所有线程都到达屏障，屏障状态变为true，线程们被唤醒，执行继续。

### 3. 应用场景

CyclicBarrier可以被用来解决很多复杂的并发场景。下面我们列举一些应用场景：

1. 数据分块：当我们需要并行处理一段很大的数据时，可以把它分成多个小块，让每一个线程处理一块，等所有线程都完成后，再把它们组合起来。这个时候就可以使用CyclicBarrier来让所有线程在每个小块处理完成后等待，直到所有小块都被处理完成，再计算结果。

2. 游戏网络编程：对于大型多人在线游戏，服务器需要等待所有客户端连接到服务器后，才能开始游戏。这个时候就可以使用CyclicBarrier来让所有客户端在连接完成后等待，直到所有客户端都连接完成，再开始游戏。

3. 循环计算：如果需要多次重复计算一个任务，可以使用CyclicBarrier来让所有线程在每次计算完成后等待，直到所有线程都完成一次计算，再开始下一次计算。

### 4. 示例代码

下面是一个使用CyclicBarrier的示例代码，它演示了如何使用CyclicBarrier对一个大数组进行并行计算：

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

public class BarrierDemo {

    private static final int THREADS = 4;
    private static final int ARRAY_SIZE = 4000000;
    private static final int SEED = 123;

    public static void main(String[] args) {

        int[] array = new int[ARRAY_SIZE];
        Random random = new Random(SEED);
        for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
            array[i] = random.nextInt(100);
        }

        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(THREADS, () -> {
            System.out.println("计算结果：" + getSum(array));
        });

        for (int i = 0; i < THREADS; i++) {
            new Thread(() -> {
                int startIndex = (ARRAY_SIZE / THREADS) * i;
                int endIndex = (ARRAY_SIZE / THREADS) * (i + 1);
                int sum = getSum(array, startIndex, endIndex);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 计算结果：" + sum);
                try {
                    barrier.await();
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }

    private static int getSum(int[] array) {
        return getSum(array, 0, array.length);
    }

    private static int getSum(int[] array, int startIndex, int endIndex) {
        int sum = 0;
        for (int i = startIndex; i < endIndex; i++) {
            sum += array[i];
        }
        return sum;
    }
}
```

以上代码会将一个大数组分为4小块，分配给4个线程同时进行计算，等所有线程都完成计算后再将最终结果打印出来。

总结：
- CyclicBarrier是Java并发工具之一，能够让一组线程在到达某个屏障时停止执行，直到所有线程都到达屏障时才能继续执行。
- CyclicBarrier主要通过java.util.concurrent.locks.ReentrantLock和java.util.concurrent.locks.Condition来实现，内部状态由“参与者数目”和“屏障状态”组成。
- CyclicBarrier可以用于数据分块、游戏网络编程、循环计算等复杂并发场景。
- 在编写示例代码时，我们针对一个大数组进行了并行计算的演示。