Java多线程-并发工具类(一)同步屏障CyclicBarrier
2017-12-29 17:38
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1. 类说明
CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用(Cyclic)的屏障(Barrier)。它要做的事情是,让一组线程到达一个屏障(也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞。
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。
CyclicBarrier还提供其他有用的方法,比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken方法用来知道阻塞的线程是否被中断。
2. 使用场景
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据,最后合并计算结果的应用场景。比如我们用一个Excel保存了用户所有银行流水,每个Sheet保存一个帐户近一年的每笔银行流水,现在需要统计用户的日均银行流水,先用多线程处理每个sheet里的银行流水,都执行完之后,得到每个sheet的日均银行流水,最后,再用barrierAction用这些线程的计算结果,计算出整个Excel的日均银行流水。
3. 常用方法
构造方法摘要
创建一个新的 CyclicBarrier,它将在给定数量的参与者(线程)处于等待状态时启动,但它不会在每个 barrier 上执行预定义的操作。
创建一个新的 CyclicBarrier,它将在给定数量的参与者(线程)处于等待状态时启动,并在启动 barrier 时执行给定的屏障操作,该操作由最后一个进入 barrier 的线程执行。用于在线程到达屏障时,优先执行barrierAction,方便处理更复杂的业务场景。
方法摘要
4. 使用示例
如下的示例,演示了如何使用 CyclicBarrier 实现线程同步。CyclicBarrierTest 测试类定义了线程数 threadNums 和 CyclicBarrier 实例 barrier,在构造函数中创建了 CyclicBarrier 实例,当所有线程都到达栅栏处时打印到达提示, 在 test 方法中创建线程,线程启动后调用 await 方法等待,并打印当前线程是第几个到达栅栏。
以启动 6 个线程为例,执行结果如下。6 个线程几乎同时启动,1 毫秒后同时到达栅栏并打印出 “All 6 threads reached barrier”,6 个线程到达的次序是Thread-0 Thread-5 Thread-3 Thread-1 Thread-2 Thread-4。
await返回值说明:索引 getParties() - 1 指示将到达的第一个线程,零指示最后一个到达的线程。数值越大越先到。
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-0 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-5 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-3 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-1 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-2 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-4 start!
[2017-12-29 17:00:08:146] All 6 threads reached barrier
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-4 arrive index-6 await-0
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-0 arrive index-1 await-5
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-5 arrive index-2 await-4
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-3 arrive index-3 await-3
[2017-12-29 17:00:08:147] Thread-1 arrive index-4 await-2
[2017-12-29 17:00:08:147] Thread-2 arrive index-5 await-1
5. 使用示例二
如下的示例增加了 test2 方法,来测试 CyclicBarrier 的其他方法。各个线程的创建时间差了 300 ms,创建线程时打印出此时栅栏处正在等待的线程个数,await 等待的时间为 1s 。当 CyclicBarrier 等待超时时,超时的线程打印超时提示和总的线程数,被 broken 的线程打印 broken 提示。
从理论上分析,按照 300 ms 间隔创建线程,超时时间为 1s ,则在第 4 个线程创建并等待时发生超时并 broken 其他线程,创建第 5 个线程时已经没有线程等待。
以 6 个线程为例,执行结果如下。Thread-0、Thread-1、Thread-2 依次启动并等待,此时并没有超时一切正常。Thread-3 启动后,时间已经达到 1s,此时 Thread-0 等待超时打印超时提示,Thread-1、Thread-2、Thread-3 同时收到 break 消息进入 broken 状态并打印 broken 提示。在此之后,Thread-4、Thread-5 创建并启动,已经没有线程在栅栏处等待,直接进入 broken 状态并打印 broken 提示。
[2017-12-29 16:45:19:784] Thread-0 start with 0 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:053] Thread-1 start with 1 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:353] Thread-2 start with 2 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:653] Thread-3 start with 3 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-1 broken true
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-2 broken true
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-3 broken true
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-0 time out to wait 6 threds
[2017-12-29 16:45:20:953] Thread-4 start with 0 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:953] Thread-4 broken true
[2017-12-29 16:45:21:253] Thread-5 start with 0 threads waiting
[2017-12-29 16:45:21:253] Thread-5 broken true
参考:
http://ifeve.com/concurrency-cyclicbarrier/
http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-cyclicbarrier.html#read-more
https://zhuanlan.zhihu.com/p/28637245
CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用(Cyclic)的屏障(Barrier)。它要做的事情是,让一组线程到达一个屏障(也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier默认的构造方法是CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞。
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。
CyclicBarrier还提供其他有用的方法,比如getNumberWaiting方法可以获得CyclicBarrier阻塞的线程数量。isBroken方法用来知道阻塞的线程是否被中断。
2. 使用场景
CyclicBarrier可以用于多线程计算数据,最后合并计算结果的应用场景。比如我们用一个Excel保存了用户所有银行流水,每个Sheet保存一个帐户近一年的每笔银行流水,现在需要统计用户的日均银行流水,先用多线程处理每个sheet里的银行流水,都执行完之后,得到每个sheet的日均银行流水,最后,再用barrierAction用这些线程的计算结果,计算出整个Excel的日均银行流水。
3. 常用方法
构造方法摘要
CyclicBarrier(int parties)
创建一个新的 CyclicBarrier,它将在给定数量的参与者(线程)处于等待状态时启动,但它不会在每个 barrier 上执行预定义的操作。
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
创建一个新的 CyclicBarrier,它将在给定数量的参与者(线程)处于等待状态时启动,并在启动 barrier 时执行给定的屏障操作,该操作由最后一个进入 barrier 的线程执行。用于在线程到达屏障时,优先执行barrierAction,方便处理更复杂的业务场景。
方法摘要
`int await() ` 在所有参与者都已经在此 barrier 上调用 await 方法之前,将一直等待。 返回:到达的当前线程的索引,其中,索引 getParties() - 1 指示将到达的第一个线程,零指示最后一个到达的线程 `int await(long timeout, TimeUnit unit) ` 在所有参与者都已经在此屏障上调用 await 方法之前,将一直等待。 `int getNumberWaiting() ` 返回当前在屏障处等待的参与者数目。 `int getParties() ` 返回要求启动此 barrier 的参与者数目。 `boolean isBroken() ` 查询此屏障是否处于损坏状态。 `void reset() ` 将屏障重置为其初始状态。
4. 使用示例
如下的示例,演示了如何使用 CyclicBarrier 实现线程同步。CyclicBarrierTest 测试类定义了线程数 threadNums 和 CyclicBarrier 实例 barrier,在构造函数中创建了 CyclicBarrier 实例,当所有线程都到达栅栏处时打印到达提示, 在 test 方法中创建线程,线程启动后调用 await 方法等待,并打印当前线程是第几个到达栅栏。
```Java import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.concurrent.BrokenBarrierException; import java.util.concurrent.CyclicBarrier; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.TimeoutException; public class CyclicBarrierTest { private int threadNums; private CyclicBarrier barrier; public CyclicBarrierTest(int threadNums) { this.threadNums = threadNums; barrier = new CyclicBarrier(threadNums, () -> println("All " + threadNums + " threads reached barrier")); } private void println(String msg) { SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("[YYYY-MM-dd HH:mm:ss:SSS] "); System.out.println(sdf.format(new Date()) + msg); } public void test() { for (int i = 0; i < threadNums; i++) { new Thread(() -> { println(Thread.currentThread().getName() + " start!"); try { int await = barrier.await(); int parties = barrier.getParties(); int index = parties - await; println(Thread.currentThread().getName() + " arrive index-" + index + " await-" + await); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } } public static void main(String[] args) throws Exception { new CyclicBarrierTest(6).test(); //new CyclicBarrierTest(6).test2(); } } ```
以启动 6 个线程为例,执行结果如下。6 个线程几乎同时启动,1 毫秒后同时到达栅栏并打印出 “All 6 threads reached barrier”,6 个线程到达的次序是Thread-0 Thread-5 Thread-3 Thread-1 Thread-2 Thread-4。
await返回值说明:索引 getParties() - 1 指示将到达的第一个线程,零指示最后一个到达的线程。数值越大越先到。
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-0 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-5 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-3 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-1 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-2 start!
[2017-12-29 17:00:08:145] Thread-4 start!
[2017-12-29 17:00:08:146] All 6 threads reached barrier
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-4 arrive index-6 await-0
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-0 arrive index-1 await-5
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-5 arrive index-2 await-4
[2017-12-29 17:00:08:146] Thread-3 arrive index-3 await-3
[2017-12-29 17:00:08:147] Thread-1 arrive index-4 await-2
[2017-12-29 17:00:08:147] Thread-2 arrive index-5 await-1
5. 使用示例二
如下的示例增加了 test2 方法,来测试 CyclicBarrier 的其他方法。各个线程的创建时间差了 300 ms,创建线程时打印出此时栅栏处正在等待的线程个数,await 等待的时间为 1s 。当 CyclicBarrier 等待超时时,超时的线程打印超时提示和总的线程数,被 broken 的线程打印 broken 提示。
public void test2() throws Exception { for (int i = 0; i < threadNums; i++) { new Thread(() -> { println(Thread.currentThread().getName() + " start with " + barrier.getNumberWaiting() + " threads waiting"); try { barrier.await(1, TimeUnit.SECONDS); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { println(Thread.currentThread().getName() + " broken " + barrier.isBroken()); } catch (TimeoutException e) { println(Thread.currentThread().getName() + " time out to wait " + barrier.getParties() + " threds"); } }).start(); Thread.sleep(300); } }
从理论上分析,按照 300 ms 间隔创建线程,超时时间为 1s ,则在第 4 个线程创建并等待时发生超时并 broken 其他线程,创建第 5 个线程时已经没有线程等待。
以 6 个线程为例,执行结果如下。Thread-0、Thread-1、Thread-2 依次启动并等待,此时并没有超时一切正常。Thread-3 启动后,时间已经达到 1s,此时 Thread-0 等待超时打印超时提示,Thread-1、Thread-2、Thread-3 同时收到 break 消息进入 broken 状态并打印 broken 提示。在此之后,Thread-4、Thread-5 创建并启动,已经没有线程在栅栏处等待,直接进入 broken 状态并打印 broken 提示。
[2017-12-29 16:45:19:784] Thread-0 start with 0 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:053] Thread-1 start with 1 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:353] Thread-2 start with 2 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:653] Thread-3 start with 3 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-1 broken true
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-2 broken true
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-3 broken true
[2017-12-29 16:45:20:786] Thread-0 time out to wait 6 threds
[2017-12-29 16:45:20:953] Thread-4 start with 0 threads waiting
[2017-12-29 16:45:20:953] Thread-4 broken true
[2017-12-29 16:45:21:253] Thread-5 start with 0 threads waiting
[2017-12-29 16:45:21:253] Thread-5 broken true
参考:
http://ifeve.com/concurrency-cyclicbarrier/
http://www.itzhai.com/the-introduction-and-use-of-cyclicbarrier.html#read-more
https://zhuanlan.zhihu.com/p/28637245
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