19.4 循环栅栏CyclicBarrier

我们在15.3.7节使用wait/notify实现了一个简单的集合点AssemblePoint，我们提到， Java并发包中已经提供了类似工具，就是CyclicBarrier。它相当于是一个栅栏，所有线程在到达该栅栏后都需要等待其他线程，等所有线程都到达后再一起通过，它是循环的，可以用作重复的同步。

CyclicBarrier特别适用于并行迭代计算，每个线程负责一部分计算，然后在栅栏处等待其他线程完成，所有线程到齐后，交换数据和计算结果，再进行下一次迭代。

与CountDownLatch类似，它也有一个数字，但表示的是参与的线程个数，这个数字通过构造方法进行传递：

public CyclicBarrier(int parties)

它还有一个构造方法，接受一个Runnable参数，如下所示：

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

这个参数表示栅栏动作，当所有线程到达栅栏后，在所有线程执行下一步动作前，运行参数中的动作，这个动作由最后一个到达栅栏的线程执行。

CyclicBarrier的主要方法就是await：

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
    BrokenBarrierException, TimeoutException

await在等待其他线程到达栅栏，调用await后，表示自己已经到达，如果自己是最后一个到达的，就执行可选的命令，执行后，唤醒所有等待的线程，然后重置内部的同步计数，以循环使用。

await可以被中断，可以限定最长等待时间，中断或超时后会抛出异常。需要说明的是异常BrokenBarrierException，它表示栅栏被破坏了，什么意思呢？在CyclicBarrier中，参与的线程是互相影响的，只要其中一个线程在调用await时被中断了，或者超时了，栅栏就会被破坏。此外，如果栅栏动作抛出了异常，栅栏也会被破坏。被破坏后，所有在调用await的线程就会退出，抛出BrokenBarrierException。

我们看一个简单的例子，多个游客线程分别在集合点A和B同步，如代码清单19-5所示。

代码清单19-5 CyclicBarrier应用示例

public CyclicBarrier(int parties)
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)
public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException
public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
    BrokenBarrierException, TimeoutException
public class CyclicBarrierDemo {
    static class Tourist extends Thread {
        CyclicBarrier barrier;
        public Tourist(CyclicBarrier barrier) {
            this.barrier = barrier;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                //模拟先各自独立运行
                Thread.sleep((int) (Math.random() ＊ 1000));
                //集合点A
                barrier.await();
                System.out.println(this.getName() + " arrived A "
                        + System.currentTimeMillis());
                //集合后模拟再各自独立运行
                Thread.sleep((int) (Math.random() ＊ 1000));
                //集合点B
                barrier.await();
                System.out.println(this.getName() + " arrived B "
                        + System.currentTimeMillis());
            } catch (InterruptedException e) {
            } catch (BrokenBarrierException e) {
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        int num = 3;
        Tourist[] threads = new Tourist[num];
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(num, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("all arrived " + System.currentTimeMillis()
                        + " executed by " + Thread.currentThread().getName());
            }
        });
        for(int i = 0; i < num; i++) {
            threads[i] = new Tourist(barrier);
            threads[i].start();
        }
    }
}

在笔者的计算机中的一次输出为：

all arrived 1490053578552 executed by Thread-1
Thread-1 arrived A 1490053578555
Thread-2 arrived A 1490053578555
Thread-0 arrived A 1490053578555
all arrived 1490053578889 executed by Thread-0
Thread-0 arrived B 1490053578890
Thread-2 arrived B 1490053578890
Thread-1 arrived B 1490053578890

多个线程到达A和B的时间是一样的，使用CyclicBarrier，达到了重复同步的目的。

CyclicBarrier与CountDownLatch可能容易混淆，我们强调下它们的区别。
1）CountDownLatch的参与线程是有不同角色的，有的负责倒计时，有的在等待倒计时变为0，负责倒计时和等待倒计时的线程都可以有多个，用于不同角色线程间的同步。
2）CyclicBarrier的参与线程角色是一样的，用于同一角色线程间的协调一致。
3）CountDownLatch是一次性的，而CyclicBarrier是可以重复利用的。