java常用的并发工具类-CyclicBarrier

本文主要是介绍java常用的并发工具类-CyclicBarrier，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、CyclicBarrier 的概述

CyclicBarrier 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的一个同步辅助类。它允许一组线程互相等待，直到所有线程都到达一个公共的屏障点（barrier）。当最后一个线程到达时，屏障就会打开，所有线程可以继续执行。CyclicBarrier 可以被反复使用，即当线程们通过屏障后，它可以被重置并再次使用。

1.1 主要构造方法

CyclicBarrier 提供了两个主要的构造方法：

1. CyclicBarrier(int parties)：创建一个新的 CyclicBarrier，指定参与者的数量（即线程数）。
2. CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)：除了指定线程数外，还可以提供一个在最后一个线程到达屏障时执行的动作（barrierAction）。

1.2 工作原理

CyclicBarrier 的工作原理非常简单。假设有 N 个线程，它们必须在某个时刻同步。你可以创建一个 CyclicBarrier，并将 N 传递给它。每个线程调用 await() 方法时，都会进入阻塞状态，直到第 N 个线程也调用了 await() 方法，此时所有线程都被释放，继续执行各自的后续操作。

二、CyclicBarrier 的使用方法

下面是 CyclicBarrier 的基本用法示例。

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;public class CyclicBarrierExample {public static void main(String[] args) {int numberOfThreads = 5;CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numberOfThreads, () -> {System.out.println("All parties have arrived at the barrier, let's proceed.");});for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {new Thread(new Task(barrier)).start();}}
}class Task implements Runnable {private CyclicBarrier barrier;public Task(CyclicBarrier barrier) {this.barrier = barrier;}@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is waiting at the barrier.");try {barrier.await();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has crossed the barrier.");} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}
}

在这个例子中，有 5 个线程需要在同一个屏障点等待。CyclicBarrier 的构造函数中传递了一个 Runnable 实例，这个实例将在所有线程到达屏障后被执行。所有线程在到达屏障后，会被阻塞，直到所有线程都调用了 await() 方法。然后，所有线程都会继续执行。

三、CyclicBarrier 的应用场景

CyclicBarrier 适用于那些需要线程协同工作的场景，例如：

3.1 多阶段任务

在多阶段任务中，每个阶段都需要多个线程同时完成。使用 CyclicBarrier，可以确保所有线程在进入下一个阶段之前都已完成当前阶段的工作。

3.2 集群计算

在分布式计算或并行处理场景下，多个线程（或节点）需要处理数据的不同部分，然后在某个时刻合并结果。这种情况下，CyclicBarrier 可以用来同步所有线程，使它们在合并数据之前完成各自的计算任务。

3.3 测试并发代码

在测试并发代码时，需要多个线程同时启动执行，以模拟高并发场景。CyclicBarrier 可以帮助实现这一点，通过让所有线程在相同点启动，从而模拟并发。

四、CyclicBarrier 与其他并发工具类的对比

4.1 CyclicBarrier vs CountDownLatch

CountDownLatch 也是一个常用的同步工具类，但与 CyclicBarrier 不同。CountDownLatch 允许一个或多个线程等待一组其他线程完成，而 CyclicBarrier 是让一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个共同点。CountDownLatch 是一次性的，而 CyclicBarrier 是循环使用的。

4.2 CyclicBarrier vs Phaser

Phaser 是一个更复杂且灵活的同步工具类，它可以用来替代 CyclicBarrier 和 CountDownLatch。Phaser 支持动态增加或减少参与者，并且适用于更加复杂的阶段任务。CyclicBarrier 适用于简单的场景，而 Phaser 则适合处理更复杂的多阶段同步。

五、CyclicBarrier 的常见问题

1. 线程抛出异常导致屏障失效：如果某个线程在调用 await() 方法后抛出异常，那么屏障可能会处于“破损”状态，此时所有后续调用 await() 的线程会抛出 BrokenBarrierException。
2. 屏障的重用性：每当所有线程通过屏障后，CyclicBarrier 会自动重置，并可以再次使用。这与 CountDownLatch 的一次性使用有很大的不同。
3. 超时机制：CyclicBarrier 的 await() 方法还支持超时机制，可以指定一个最大等待时间，如果在超时时间内屏障没有被触发，线程将抛出 TimeoutException。

六、总结

CyclicBarrier 是 Java 并发编程中的重要工具类，用于在多线程环境中实现线程之间的同步。它允许一组线程在一个共同点等待，直到所有线程都到达后再继续执行。CyclicBarrier 非常适合多阶段任务、集群计算和测试并发代码等场景。尽管 CyclicBarrier 在许多场景中非常有用，但在复杂的并发控制需求下，Phaser 可能会是一个更好的选择。
CyclicBarrier 是 Java 并发编程中一个非常有用的工具类，用于协调多个线程之间的同步。在并发编程中，有时需要让多个线程在执行到某个点时彼此等待，直到所有线程都到达这个点后再继续执行。这种场景下，CyclicBarrier 是一个很好的选择。

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