详解 CyclicBarrier：从源码到应用

2023-01-20 07:29:02

探索 Java 中的线程同步利器：CyclicBarrier

在多线程并行编程的世界中，线程同步至关重要。Java 提供了各种工具来实现线程同步，而 CyclicBarrier 就是其中之一。本文深入探讨了 CyclicBarrier 的原理、设计、应用场景以及代码示例，帮助你掌握这个强大的同步工具。

什么是 CyclicBarrier？

CyclicBarrier 是 Java 并发包中的一个类，它允许一组线程在到达某个共同屏障点时阻塞等待。直到所有线程都到达该屏障点后，屏障才会解除，所有线程才能继续执行。

CyclicBarrier 的工作原理

CyclicBarrier 内部维护了一个计数器和一个锁。当线程到达屏障点时，计数器递增。当计数器达到预设值（即所有线程都到达屏障点）时，锁被释放，所有线程继续执行。

CyclicBarrier 的代码示例

以下是一个使用 CyclicBarrier 进行并行任务处理的代码示例：

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

public class ParallelTaskExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建包含 4 个线程的 CyclicBarrier
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(4);

        // 创建 4 个线程，每个线程执行一个任务
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 执行任务
                    Thread.sleep(1000);

                    // 到达屏障点
                    barrier.await();
                    System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 完成任务");
                } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

CyclicBarrier 的应用场景

CyclicBarrier 在并行编程中有广泛的应用，包括：

并行任务处理： 将大任务分解为多个子任务，让线程并行执行，当所有子任务完成时再继续后续任务。
数据聚合： 让线程并行收集数据，当所有线程收集完毕后再对数据进行汇总处理。
并发控制： 控制并发线程的数量，确保在特定时间点只有限定数量的线程可以执行某个任务。

常见问题解答

什么是 CyclicBarrier 的计数器和锁？
计数器用来跟踪到达屏障点的线程数量，而锁用来阻塞线程直到所有线程都到达屏障点。
CyclicBarrier 可以重置吗？
可以，通过调用 reset() 方法重置 CyclicBarrier，使它可以再次使用。
CyclicBarrier 和 CountDownLatch 有什么区别？
CountDownLatch 允许一个或多个线程等待另一个或一组线程完成任务，而 CyclicBarrier 允许一组线程在到达屏障点时阻塞等待，直到所有线程都到达该屏障点后才继续执行。
CyclicBarrier 可以处理中断吗？
可以，CyclicBarrier 可以处理中断，如果线程在等待屏障解除时被中断，它会抛出 InterruptedException 异常。
CyclicBarrier 是线程安全的的吗？
是的，CyclicBarrier 是线程安全的，它使用锁来同步线程访问。