Java中的CyclicBarrier源碼分析

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CyclicBarrier簡介

對于CountDownLatch，其他線程為游戲玩家，比如英雄聯盟，主線程為控制游戲開始的線程。在所有的玩家都準備好之前，主線程是處于等待狀態的，也就是游戲不能開始。當所有的玩家準備好之后，下一步的動作實施者為主線程，即開始游戲。

對于CyclicBarrier，假設有一家公司要全體員工進行團建活動，活動內容為翻越三個障礙物，每一個人翻越障礙物所用的時間是不一樣的。但是公司要求所有人在翻越當前障礙物之后再開始翻越下一個障礙物，也就是所有人翻越第一個障礙物之后，才開始翻越第二個，以此類推。類比地，每一個員工都是一個“其他線程”。當所有人都翻越的所有的障礙物之后，程序才結束。而主線程可能早就結束了，這里我們不用管主線程。

CyclicBarrier源碼分析

類的繼承關系

CyclicBarrier沒有顯示繼承哪個父類或者實現哪個父接口, 所有AQS和重入鎖不是通過繼承實現的，而是通過組合實現的。

public class CyclicBarrier {}
```　　

### 類的內部類

CyclicBarrier類存在一個內部類Generation，每一次使用的CycBarrier可以當成Generation的實例，其源代碼如下

```java
private static class Generation {
boolean broken = false;
}

說明: Generation類有一個屬性broken，用來表示當前屏障是否被損壞。

類的屬性

public class CyclicBarrier {

/** The lock for guarding barrier entry */
// 可重入鎖
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** Condition to wait on until tripped */
// 條件隊列
private final Condition trip = lock.newCondition();
/** The number of parties */
// 參與的線程數量
private final int parties;
/* The command to run when tripped */
// 由最后一個進入 barrier 的線程執行的操作
private final Runnable barrierCommand;
/** The current generation */
// 當前代
private Generation generation = new Generation();
// 正在等待進入屏障的線程數量
private int count;
}

說明: 該屬性有一個為ReentrantLock對象，有一個為Condition對象，而Condition對象又是基于AQS的，所以，歸根到底，底層還是由AQS提供支持。

類的構造函數

CyclicBarrier(int, Runnable)型構造函數

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
// 參與的線程數量小于等于0，拋出異常
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
// 設置parties
this.parties = parties;
// 設置count
this.count = parties;
// 設置barrierCommand
this.barrierCommand = barrierAction;
}

說明: 該構造函數可以指定關聯該CyclicBarrier的線程數量，并且可以指定在所有線程都進入屏障后的執行動作，該執行動作由最后一個進行屏障的線程執行。

CyclicBarrier(int)型構造函數

public CyclicBarrier(int parties) {
// 調用含有兩個參數的構造函數
this(parties, null);
}

說明: 該構造函數僅僅執行了關聯該CyclicBarrier的線程數量，沒有設置執行動作。

核心函數 - dowait函數

此函數為CyclicBarrier類的核心函數，CyclicBarrier類對外提供的await函數在底層都是調用該了doawait函數，

其源代碼如下：

private int dowait(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
// 保存當前鎖
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 鎖定
lock.lock();
try {
// 保存當前代
final Generation g = generation;

if (g.broken) // 屏障被破壞，拋出異常
throw new BrokenBarrierException();

if (Thread.interrupted()) { // 線程被中斷
// 損壞當前屏障，并且喚醒所有的線程，只有擁有鎖的時候才會調用
breakBarrier();
// 拋出異常
throw new InterruptedException();
}

// 減少正在等待進入屏障的線程數量
int index = --count;
if (index == 0) { // 正在等待進入屏障的線程數量為0，所有線程都已經進入
// 運行的動作標識
boolean ranAction = false;
try {
// 保存運行動作
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null) // 動作不為空
// 運行
command.run();
// 設置ranAction狀態
ranAction = true;
// 進入下一代
nextGeneration();
return 0;
} finally {
if (!ranAction) // 沒有運行的動作
// 損壞當前屏障
breakBarrier();
}
}

// loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
// 無限循環
for (;;) {
try {
if (!timed) // 沒有設置等待時間
// 等待
trip.await();
else if (nanos > 0L) // 設置了等待時間，并且等待時間大于0
// 等待指定時長
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
if (g == generation && ! g.broken) { // 等于當前代并且屏障沒有被損壞
// 損壞當前屏障
breakBarrier();
// 拋出異常
throw ie;
} else { // 不等于當前帶后者是屏障被損壞
// We're about to finish waiting even if we had not
// been interrupted, so this interrupt is deemed to
// "belong" to subsequent execution.
// 中斷當前線程
Thread.currentThread().interrupt();
}
}

if (g.broken) // 屏障被損壞，拋出異常
throw new BrokenBarrierException();

if (g != generation) // 不等于當前代
// 返回索引
return index;

if (timed && nanos <= 0L) { // 設置了等待時間，并且等待時間小于0
// 損壞屏障
breakBarrier();
// 拋出異常
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}

核心函數 - nextGeneration函數

此函數在所有線程進入屏障后會被調用，即生成下一個版本，所有線程又可以重新進入到屏障中，

其源代碼如下：

private void nextGeneration() {
// signal completion of last generation
// 喚醒所有線程
trip.signalAll();
// set up next generation
// 恢復正在等待進入屏障的線程數量
count = parties;
// 新生一代
generation = new Generation();
}

在此函數中會調用AQS的signalAll方法，即喚醒所有等待線程。如果所有的線程都在等待此條件，則喚醒所有線程。

其源代碼如：

public final void signalAll() {
if (!isHeldExclusively()) // 不被當前線程獨占，拋出異常
throw new IllegalMonitorStateException();
// 保存condition隊列頭節點
Node first = firstWaiter;
if (first != null) // 頭節點不為空
// 喚醒所有等待線程
doSignalAll(first);
}

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