CyclicBarrier 循环栅栏

本文详细介绍了CyclicBarrier循环栅栏的概念及其在多线程编程中的应用。CyclicBarrier是一种同步辅助类,用于使多个线程在执行任务时相互等待,直到所有线程都到达指定的屏障点,才能继续执行后续任务。通过示例代码展示了如何使用CyclicBarrier实现线程间的同步。

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概述

CyclicBarrier循环栅栏(循环屏障)是一种同步帮助,当多个线程一起执行任务是,一个线程没有完成任务,其他线程都必须进入等待状态,等待这个线程完成任务后,才能再执行其他任务。强调相互等待,一个线程不完成,其他线程全部等待。
例如:一个公司去团建,需要大家全部集合完毕后,才能出发,有一个人员不到,全员都得等待。

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(10,()->{
            System.out.println("全员到齐,出发");
        });
        for (int i = 1; i <=10; i++) {
            new Thread(()->{
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"到,");
                    //类似于点名,到一个人调用这个方法进行加一操作,然后等十个人都到齐后,放开屏障,再进行下一步
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            },i+"").start();
        }
    }
}

原理

CyclicBarrier 的字面意思是可循环(Cyclic)使用的屏障(Barrier)。它要做的事情是,让一组线程到达一个屏障(也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续干活。线程进入屏障通过CyclicBarrier的await()方法。

运行结果

1到,
2到,
3到,
4到,
5到,
6到,
7到,
8到,
9到,
10到,
全员到齐,出发
### Java 线程栅栏(CyclicBarrier)概念 `CyclicBarrier` 是一种同步辅助类,用于让一组线程相互等待直至到达一个共同的屏障点。当所有参与方都已在此处相遇时,设置的障碍会被解除,允许这些线程继续执行下去[^4]。 此工具特别适合于需要多个线程协作完成任务的应用场景,在这种情况下各线程需周期性地彼此协调进度并确保它们能够一致向前推进工作流程。值得注意的是,与 `CountDownLatch` 不同之处在于 `CyclicBarrier` 支持重置其内部计数器以便多次利用同一个实例来实现上述功能[^2]。 另外,创建 `CyclicBarrier` 对象时可以通过构造函数提供一个名为 `barrierAction` 的动作作为参数;一旦所有参与者均抵达了屏障,则会由最后一个加入者负责触发这个特定的动作[^3]。 如果在 `barrierAction` 中发生了未处理异常情况,那么将会导致整个栅栏进入破损状态(broken state),此时任何尝试调用 await 方法都会立即收到 BrokenBarrierException 异常通知[^1]。 ### 使用方法及示例代码 下面给出一段简单的例子展示如何运用 `CyclicBarrier` 来控制三个模拟计算任务之间的同步: ```java import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; class Task implements Runnable { private final String name; private static volatile boolean isLastTaskFailed = false; // 标记是否有任务失败 public Task(String name) { this.name = name; } @Override public void run() { try { System.out.println(name + ": 开始执行..."); // 模拟耗时操作... Thread.sleep((int)(Math.random()*500)+500); if ("task3".equals(name)) { throw new RuntimeException("故意制造错误"); } System.out.println(name + ": 完成."); } catch (InterruptedException | RuntimeException e) { synchronized(Task.class){ isLastTaskFailed=true; } System.err.println(e.getMessage()); } finally{ if(!isLastTaskFailed){ try { barrier.await(); } catch (BrokenBarrierException | InterruptedException ex) { System.err.println(ex.getMessage()); } } } } private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> { if (!isLastTaskFailed) { System.out.println("所有任务已完成!"); } else { System.out.println("有任务未能成功完成!"); } }); } public class Main { public static void main(String[] args) throws Exception { for (int i = 1; i <= 3; ++i) { new Thread(new Task("task"+i)).start(); } Thread.sleep(2000); // 主线程稍作延时以观察子线程运行状况 if(barrier.isBroken()){ System.out.println("检测到栅栏已被破坏!"); } } } ``` 在这个案例里,我们定义了一个包含名称属性的任务类 `Task` 实现了 `Runnable` 接口,并且设置了静态变量用来跟踪是否存在任何一个任务出现了问题。每当一个新的任务被执行时就会启动新的线程去异步处理它自己的逻辑部分。这里为了简化演示效果加入了随机休眠时间以及人为引发的一个异常情形。 与此同时还建立起了拥有三个参与者的循环栅栏对象 `barrier` 并指定了相应的回调行为——即当所有的任务都已经结束的时候打印一条消息告知用户整体的结果。最后,在主线程里面依次开启了这三个独立工作的线程并且安排了一段时间间隔供查看最终输出的信息。
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