CyclicBarrier Class in Java

在多线程编程中，会创建多个线程，关键在于在执行的某个时刻，这些线程需要进行同步。Java 中的 CyclicBarrier 是一个非常适合固定数量线程的解决方案，这些线程可以在某个屏障点汇合，然后继续各自的工作。在本文中，作者将使用解释和概念验证来讲解 CyclicBarrier 类的正确使用方法。

什么是 CyclicBarrier？

名为 CyclicBarrier 的对象在 Java 中充当同步点，它允许一组线程聚集并等待其他线程加入。当所有线程都到达屏障点后，它们将被释放，以便继续执行。之所以称之为“循环”（cyclic），是因为屏障点可以在所有线程释放后重置和重复使用，这一点与其他同步对象（如 CountDownLatch）不同。

CyclicBarrier 类的构造函数

CyclicBarrier 类提供了两个主要的构造函数：

CyclicBarrier(int parties)： 此构造函数创建一个必须等待指定数量线程（或“参与者”）的屏障。

CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)： 此构造函数创建一个同步辅助，一旦达到指定数量的线程，它就会执行一个指定的 barrierAction，然后释放线程。

CyclicBarrier 类的方法

await()： 每个线程调用此方法以等待其他线程到达屏障。当所有线程到达屏障时，它们将被释放，如果存在 barrierAction，则会执行它。

reset()： 如果需要再次使用屏障，此方法可将屏障重置为新状态。

getParties()： 返回达到屏障所需的总线程数。

getNumberWaiting()： 返回当前在该指定屏障处等待的线程数。

文件名：CyclicBarrierExample.java

输出

 
Thread-0 is waiting at the barrier
Thread-2 is waiting at the barrier
Thread-1 is waiting at the barrier
All threads have reached the barrier, let's proceed!
Thread-0 has crossed the barrier
Thread-1 has crossed the barrier
Thread-2 has crossed the barrier   

CyclicBarrier 类的使用场景

CyclicBarrier 在需要多个线程协作并需要不时相互等待的情况下特别有用，例如：

• 并行计算： 一种将工作分解成多个任务的方法，其中一些任务必须同时完成，并在过程中的特定点进行协调。
• 模拟： 用于科学或游戏模拟，其中有许多组件需要不时地相互同步。
• 多线程算法： 算法中，多个线程处理数据，交换结果，并在进行下一步之前必须同步。

注意事项和边缘情况

在使用 CyclicBarrier 时，需要处理以下边缘情况：

• BrokenBarrierException： 如果任何线程在等待屏障时被中断，则屏障将被“破坏”，并且所有等待的线程都将抛出此异常。
• 死锁： 确保所有线程都汇聚到屏障点；如果并非所有线程都到达屏障，程序将陷入停滞，因为被挂起的线程将永远等待。
• 可重用性： 考虑到同步任务可能执行的次数，它使屏障类型变得高效。

结论

Java 中的 CyclicBarrier 类是一个非常强大的类，用于控制和同步一组正在运行的线程。其循环特性保证了它可以被多次重用，因此非常适合许多并发编程场景。充分理解它使用的方法以及在此类 Java 程序同步辅助中可能出现的诸如 BrokenBarrierException 等问题，将有助于认识到这个同步辅助的实用性。