玩转Java 多线程循环栅栏技术：探索同步的艺术

后端

2023-07-02 13:11:02

精通CyclicBarrier：多线程编程中的同步利器

在多线程编程的浩瀚世界中，同步机制扮演着至关重要的角色，它确保各个线程在恰当的时机协调运作。CyclicBarrier正是这种机制中不可或缺的一员，它如同一道闸门，允许一组线程齐头并进，并在所有线程都到达预定点时才继续前进。

揭开CyclicBarrier的神秘面纱

CyclicBarrier本质上是一个计数器，它允许多个线程在等待其他线程到达同一时刻时“屏障”起来。一旦所有线程都到达这个点，屏障就会解除，所有线程将同时继续执行。这种机制特别适用于以下场景：

多阶段任务： 将任务划分为不同的阶段，每个阶段由一个线程执行。只有当所有线程都完成各自阶段后，才能进行下一阶段。
并行任务： 将任务分配给多个线程同时执行。当所有线程都完成各自的任务后，才能继续执行后续任务。
数据聚合： 当多个线程都完成各自的数据处理后，需要将这些数据聚合在一起。

揭示CyclicBarrier的魔法

使用CyclicBarrier非常简单：

创建屏障： new CyclicBarrier(int parties)；其中parties表示等待的线程数量。
线程等待： 在需要等待的线程中调用await()方法。
屏障解除： 当所有线程都调用了await()方法后，屏障将被解除，所有线程继续执行。

CyclicBarrier还具有以下特性：

重用性： 屏障对象可以多次使用，无需重新创建。
异常处理： 如果任何线程在调用await()方法时发生异常，屏障将把异常传播给其他线程。
超时： 屏障可以设置一个超时时间。如果在超时时间内没有所有线程都到达屏障，屏障将抛出异常。

CyclicBarrier的实战演练

让我们通过一个代码示例来了解CyclicBarrier的实际应用：

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个等待3个线程的CyclicBarrier
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);

        // 创建3个线程
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                // 线程1等待其他线程到达屏障
                barrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程1已到达屏障");
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                // 线程2等待其他线程到达屏障
                barrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程2已到达屏障");
        });

        Thread t3 = new Thread(() -> {
            try {
                // 线程3等待其他线程到达屏障
                barrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("线程3已到达屏障");
        });

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

输出：

线程1已到达屏障
线程2已到达屏障
线程3已到达屏障

常见的疑难解答

问题1： CyclicBarrier是否可以处理多个屏障？
解答： 不，CyclicBarrier一次只能处理一个屏障。
问题2： CyclicBarrier是否可以重置？
解答： 不，CyclicBarrier不能重置。
问题3： CyclicBarrier是否支持取消？
解答： 不，CyclicBarrier不支持取消。
问题4： 如何避免CyclicBarrier中的死锁？
解答： 确保所有线程都在调用await()方法之前都正确地初始化屏障。
问题5： CyclicBarrier是否适用于所有多线程场景？
解答： 不，CyclicBarrier只适用于需要等待所有线程到达同一时刻的场景。