源码分析--CyclicBarrier

it2026-06-20  8

概述

CyclicBarrier 是并发包中的一个工具类,它的典型应用场景为:几个线程执行完任务后,执行另一个线程(回调函数,可选),然后继续下一轮,如此往复。它与CountDownLatch很类似,但又不同,CountDownLatch需要调用countDown()方法触发事件,而CyclicBarrier不需要。

方法

使用样例:

public class CyclicBarrierTest { public static void main(String[] args) { CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3); for (int i = 0; i < 3; i++) { new Thread(()->{ System.out.println("before"); try { cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("after"); }).start(); } } }

使用一个CyclicBarrier使得三个线程保持同步,当三个线程同时到达cyclicBarrier.await();处大家再一起往下运行。

源码分析

构造器:

this(parties, null); } // 有回调函数 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) { if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.parties = parties; this.count = parties; this.barrierCommand = barrierAction; }

CyclicBarrier 有两个构造器,其中后者可以传入一个回调函数(barrierAction),parties 表示调用 await 的线程数。

成员变量

// 重入锁 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 条件锁,名称为trip,绊倒的意思,可能是指线程来了先绊倒,等达到一定数量了再唤醒 private final Condition trip = lock.newCondition(); // 需要等待的线程数量 private final int parties; // 当唤醒的时候执行的命令 private final Runnable barrierCommand; // 代 private Generation generation = new Generation(); // 当前这一代还需要等待的线程数 private int count;

内部类

private static class Generation { boolean broken = false; }

常用方法:

// 阻塞式等待 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException { try { return dowait(false, 0L); } catch (TimeoutException toe) { throw new Error(toe); // cannot happen } } // 有超时的等待 public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { return dowait(true, unit.toNanos(timeout)); }

可以看到两个 await 方法都是调用 dowait 方法来实现的(该方法也是 CyclicBarrier 的核心方法),如下:

private int dowait(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, BrokenBarrierException, TimeoutException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { // 获取当前代 final Generation g = generation; // 若屏障破坏,则抛出异常 if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); if (Thread.interrupted()) { breakBarrier(); throw new InterruptedException(); } // count 减 1 int index = --count; if (index == 0) { // tripped // count 减到 0 时触发的操作 boolean ranAction = false; try { // 传入的回调函数 final Runnable command = barrierCommand; if (command != null) // 若传了回调函数,则执行回调函数 // PS: 由此可知,回调函数由最后一个执行结束的线程执行 command.run(); ranAction = true; // 进入下一代(下一轮操作) nextGeneration(); return 0; } finally { if (!ranAction) breakBarrier(); } } // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out for (;;) { try { // count 不为 0 时,当前线程进入等待状态 if (!timed) trip.await(); else if (nanos > 0L) nanos = trip.awaitNanos(nanos); } catch (InterruptedException ie) { if (g == generation && ! g.broken) { breakBarrier(); throw ie; } else { // We're about to finish waiting even if we had not // been interrupted, so this interrupt is deemed to // "belong" to subsequent execution. Thread.currentThread().interrupt(); } } if (g.broken) throw new BrokenBarrierException(); if (g != generation) return index; if (timed && nanos <= 0L) { breakBarrier(); throw new TimeoutException(); } } } finally { lock.unlock(); } }

nextGeneration 和 breakBarrier:

// 进入下一轮 private void nextGeneration() { // signal completion of last generation trip.signalAll(); // set up next generation count = parties; generation = new Generation(); } // 破坏屏障 private void breakBarrier() { generation.broken = true; count = parties; trip.signalAll(); }

dowait()方法里的整个逻辑分成两部分:

(1)最后一个线程走上面的逻辑,当count减为0的时候,打破栅栏,它调用nextGeneration()方法通知条件队列中的等待线程转移到AQS的队列中等待被唤醒,并进入下一代。

(2)非最后一个线程走下面的for循环逻辑,这些线程会阻塞在condition的await()方法处,它们会加入到条件队列中,等待被通知,当它们唤醒的时候已经更新换“代”了,这时候返回。

小结

(1)CyclicBarrier会使一组线程阻塞在await()处,当最后一个线程到达时唤醒(只是从条件队列转移到AQS队列中)前面的线程大家再继续往下走; (2)CyclicBarrier不是直接使用AQS实现的一个同步器; (3)CyclicBarrier基于ReentrantLock及其Condition实现整个同步逻辑;

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