并发编程系列之CountDownLatch对战Cyclicbarrier
前言前面我们介绍了并发容器和队列，今天我们来介绍几个非常有用的并发工具类，今天主要讲CountDownLatch和Cyclicbarrier这两个工具类，通过讲解并对比两个类的区别，OK，让我们开始今天的并发之旅吧。什么是CountDownLatch？CountDownLatch用于监听某些初始化操作，等待初始化执行完毕，通知主线程继续工作，允许一个或者多个线程等待其他线程完成操作。之前我们知道要
前言
前面我们介绍了并发容器和队列，今天我们来介绍几个非常有用的并发工具类，今天主要讲CountDownLatch和Cyclicbarrier这两个工具类，通过讲解并对比两个类的区别，OK，让我们开始今天的并发之旅吧。
什么是CountDownLatch？
CountDownLatch用于监听某些初始化操作，等待初始化执行完毕，通知主线程继续工作，允许一个或者多个线程等待其他线程完成操作。之前我们知道要实现线程等待还有一个方法就是jion方法，先让我们来回忆什么是Join方法：
Join用于让当前执行线程等待Join线程执行结束，实现原理是，不停的检查Join线程是否存活，如果存活则让当前线程永远等待下去，如果Join线程终止，则调用this.notifyAll方法唤醒等待的线程；
CountDownLatch其实也是来做这件事的，而且比Join更强大，使用起来也很轻便。
如何使用CountDownLatch？
我们看下面这个demo，看看如何使用CountDownLatch：
public static void main(String[] args) {
// CountDownLatch接收一个int类型的计算器，此处是2代表计数器为2，意思是需要等待2个线程唤醒
final CountDownLatch countDown = new CountDownLatch(2);
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("进入线程t1" + "等待其他线程处理完成...");
// countDown.await()方法会阻塞当前线程即t1，没执行一次countDown()方法计数器就会-1
// 直到计数器=0，则当前阻塞的线程t1被唤醒，继续执行
countDown.await();
System.out.println("t1线程继续执行...");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"t1");
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("t2线程进行初始化操作...");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("t2线程初始化完毕，通知t1线程继续...");
// 计数器-1
countDown.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread t3 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("t3线程进行初始化操作...");
Thread.sleep(4000);
System.out.println("t3线程初始化完毕，通知t1线程继续...");
// 计数器再-1，唤醒t1，t1继续执行
countDown.countDown();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}执行结果：
猜想：假设t1或者t2由于某某原因发生异常未能执行countDown.countDown()那么，t1线程岂不是要一直处于等待状态吗？当然JDK的设计大佬们才不会给你留下这么明显的问题呢，所以countDown还提供了一个
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}，这个方法会在特定时间后，结束阻塞的线程。
CountDownLatch底层分析
我们主要看下CountDownLatch的await方法和countDown方法的源码，首先看看await源码：await内部采用公平锁来实现等待
public void await() throws InterruptedException {
// 采用公平锁机制
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}再看下acquireSharedInterruptibly，这里只分析await，超时await原理也差不多：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
// 判断是否发生中断
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// -1表示获取到了共享锁，1表示没有获取共享锁
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
// 获取共享锁，继续执行
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
再看下countDown方法：
public void countDown() {
// 每次释放一个计数器
sync.releaseShared(1);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
//尝试释放共享锁
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;
// 循环检查
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue;
// loop on failed CAS
}
if (h == head)
// loop if head changed
break;
}
}
什么是Cyclicbarrier？
Cyclicbarrier指的是可循环使用的屏障，主要是让一组线程到达一个屏障之后被阻塞，当最后一个线程到达时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续干活。
如何使用Cyclicbarrier？
static class Runner implements Runnable {
private CyclicBarrier barrier;
private String name;
public Runner(CyclicBarrier barrier, String name) {
this.barrier = barrier;
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
try {
// 因为是先打印后阻塞，所以这里getNumberWaiting的+1
int numberWaiting = barrier.getNumberWaiting();
int count = numberWaiting + 1 ;
System.out.println(name + " 进入赛道，签到完毕，当前人数"+count);
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(name + " Go!!");
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(10);
// Executors是我们后续会讲的线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 100; i < 110; i++) {
Thread.sleep(1000);
executor.submit(new Thread(new Runner(barrier, i+"号选手进场")));
}
executor.shutdown();
}执行结果：
某些情况下，我们需要让阻塞屏障解除的时候，某些线程需要先执行，例如某个运动员买通了裁判，比赛开始时，比别的选手提前开跑，当然这在现实比赛中是不允许的，此处我只是打个比方，对于这样的场景，Cyclicbarrier提供了：
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction线程；
Cyclicbarrier底层实现
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
try {
return dowait(false, 0L);
} catch (TimeoutException toe) {
throw new Error(toe); // cannot happen;
}
}
private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
// 使用重入锁，同步进行wait操作，计数器+1
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
final Generation g = generation;
// 当前Generation处于打破状态,抛出异常
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
// 当前Generation处于中断状态,抛出异常，并重置计数器，唤醒所有等待线程，可见见下面源码
if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}
int index = --count;
// 当最后一个线程也到达了，就从调用中返回
if (index == 0) {
boolean ranAction = false;
try {
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null)
command.run();
ranAction = true;
nextGeneration();
return 0;
} finally {
// 如果运行command失败也会导致当前屏障被打破
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}
// loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
for (;;) {
try {
if (!timed)
trip.await();
else if (nanos > 0L)
// 挂起在条件变量的等待队列里，等待信号并自动释放锁
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
// 如果当前线程被中断了则使得屏障被打破。并抛出异常
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();
}
}
//从阻塞恢复之后，需要重新判断当前的状态
if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();
if (g != generation)
return index;
if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
private void breakBarrier() {
generation.broken = true;
count = parties;
trip.signalAll();
}
CountDownLatch和Cyclicbarrier比较
CountDownLatch就像一场跑步比赛，假设这场比赛有10个运动员，那么计数器初始值就为10，裁判员喊下比赛开始，就await阻塞在那，当每个运动员跑到终点就countDown一次，计数器-1，知道最后一个运动员到达终点即计数器为0，此时裁判员被唤醒，统计比赛结果，完成比赛。
Cyclicbarrier就像这场比赛时，裁判员首先准备好10条赛道，准备完毕就拿个小本子在那等着，每当以为选手到达赛道就签到一次，当10个选手全部签到完毕，裁判员就宣布比赛正式开始，继续执行下面的比赛。如果中间因为某某原因，某个选手未能到场或者天气原因，比赛推迟，签到信息就重置，比赛恢复之后选手需要重新签到；
区别总结：CountDownLatch的计数器只能使用一次。而CyclicBarrier的计数器可以使用reset() 方法重置。所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景，比如如果计算发生错误，可以重置计数器，并让线程们重新执行一次。
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