JDK 源码解析 —— CyclicBarrier

一. 简介
CyclicBarrier 是一个让一系列线程集合互相等待直到一个公共屏障点(barrier point)的同步辅助工具。这个屏障被称为循环屏障，是因为它可以在等待线程释放后被重用。

CyclicBarrier 支持一个可选的 Runnable 命令，在最后一个线程到达后执行一次 Runnable 命令。

二. 简单使用示例
 CyclicBarrier(3)
等到 3 个线程都到了，这个对象还可以重用，而 CountDownLatch 则不能重用，从 Cyclic 名字就可以看出这个类对象可以循环使用
public class CyclicBarrierTest {

public static void main(String[] args) {
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
final CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(3);//创建CyclicBarrier对象并设置3个公共屏障点
for(int i=0;i<3;i++){
Runnable runnable = new Runnable(){
public void run(){
try {
Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() +
"即将到达集合地点1，当前已有" + cb.getNumberWaiting() + "个已经到达，正在等候");
cb.await();//到此如果没有达到公共屏障点，则该线程处于等待状态，如果达到公共屏障点则所有处于等待的线程都继续往下运行

Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() +
"即将到达集合地点2，当前已有" + cb.getNumberWaiting() + "个已经到达，正在等候");
cb.await();
Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() +
"即将到达集合地点3，当前已有" + cb.getNumberWaiting() + "个已经到达，正在等候");
cb.await();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
service.execute(runnable);
}
service.shutdown();
}
}
三. CyclicBarrier 作用图示
让所有线程都运行到同一个点（屏障点）后，再继续运行



四. 代码解析
重要变量

// 每次对栅栏的使用可以表现为一个 generation 实例。当条件 trip 改变或者重置 generation 也会
// 随之改变。可以有多个 generation 和使用栅栏的线程关联，但是只有一个可以获得锁。
private static class Generation {
boolean broken = false;
}

/** 守护栅栏入口的锁 */
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** 等待条件，直到所有线程到达栅栏 */
private final Condition trip = lock.newCondition();
/** 要屏障的线程数 */
private final int parties;
/* 当线程都到达栅栏，运行的 Runnable */
private final Runnable barrierCommand;
/** The current generation */
private Generation generation = new Generation();

//还要等待多少个线程到达。线程到达屏障点就减去 1。
//每次新建 generation 的时候或者屏障 broken，count重新设置为 parties 参数值
private int count;

await() 方法：等待到所有参与的线程都到达屏障点。如果当前线程不是最后一个到达的，当前线程停止运行，进入睡眠，直到以下几种情况发生

最后的线程到达
其他线程中断当前线程
其他线程中断中断等待线程中的一条
在等待所有线程到达屏障前有线程超时
其他线程在此屏障中调用 reset(将屏障设置为初始状态)

如果当前线程：
设置了中断状态
在等待时中断
那么，就会抛出 InterruptedException，并且当前线程中断状态被清除。

如果在任何线程等待过程中屏障被重置(即调用 reset() 方法)，那么所有的线程都会抛出 BrokenBarrierException，并且这个屏障置于 broken 状态。

如果当前线程是最后一个到达屏障的线程，并且屏障的构造器传入了 Runnable 参数，那么在其他线程执行前，先执行 Runnable。如果在屏障运行中发生了异常，那么异常会在当前线程中被传播，屏障将被置于 broken 状态。

返回值：返回当前线程到达的下标 

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 {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();// 加了锁，以下操作为线程安全操作
try {
final Generation g = generation;

if (g.broken)  // 如果屏障状态 broken，则抛出屏障 broken 异常
throw new BrokenBarrierException();

if (Thread.interrupted()) {
breakBarrier();
throw new InterruptedException();
}

int index = --count;
if (index == 0) {  // tripped 说明是最后一个到达的线程
boolean ranAction = false;
try {
final Runnable command = barrierCommand;
if (command != null) // 如果有 Runnable，先执行
command.run();
ranAction = true;
nextGeneration();// 唤醒 Condition 队列的所有线程，既然是 Cyclic 的，所以也会重置状态以便重用屏障，这是和 CountDownLatch 的区别
return 0;
} finally {
if (!ranAction)
breakBarrier();
}
}

// loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
for (;;) {// 如果不是最后一个到达的线程，就进入循环等待
try {
if (!timed)
trip.await();
else if (nanos > 0L)
nanos = trip.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
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();
}
}

if (g.broken)
throw new BrokenBarrierException();

if (g != generation)
return index;

if (timed && nanos <= 0L) {
breakBarrier();
throw new TimeoutException();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}

五. 总结
CyclicBarrier 是利用了 Condition 接口，定义了一个叫做 trip 的 Condition，当所有线程到达后线程才能从 Condition 队列中移到 AQS 的等待队列继续运行。关于 Condition，可以参考博主的另一篇博文：http://blog.csdn.net/wenniuwuren/article/details/51447767

六. 参考资料
JDK 7 源码