并发编程（十）：AQS之CyclicBarrier_barrier与aqs

一，底层AQS源码分析：并发编程（四）：AbstractQueuedSynchronizer源码分析

二，CyclicBarrier介绍

    1，线程处理

        * CyclicBarrier 的字面意思就是循环屏障。在一组线程到达循环屏障时阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会放开，让所有线程执行。该类可以与 CountDownLatch 进行类比，功能基本一致。不同点在于 CyclicBarrier 的循环概念，CountDownLatch 为一次性屏障，放开之后不会再对后续线程进行拦截，CyclicBarrier 一次放开之后会把屏障值设置为初始状态，循环进行屏障！

    2，类图

        * 其实从类图中不能看到任何有用信息，CyclicBarrier 内部通过 ReentrantLock 和 Condition 进行控制，实现循环屏障

    3，常用API

// 初始化重入锁进行线程加锁处理
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 初始化Condition进行线程阻塞和线程唤醒处理
private final Condition trip = lock.newCondition();
// CyclicBarrier初始化许可量
private final int parties;
// 屏障放开前最后一个线程会执行的线程类（为null不执行）
private final Runnable barrierCommand;
// 表示一个循环屏障周期
private Generation generation = new Generation();
// 初始化CyclicBarrier，并传递屏障值
public CyclicBarrier(int parties);
// 初始化CyclicBarrier，并传递屏障值和barrierAction
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

    4，功能DEMO

package com.gupao;
 
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
 
/**
 * @author pj_zhang
 * @create 2019-09-15 11:33
 */
public class CyclicBarrierTest {
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 初始化 CyclicBarrier，并传递count为3
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(3);
        // 因为初始屏障为3，但线程数量定位6，所以对于 cyclicBarrier 来说，会有两次阻塞和两次释放
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行");
                // 每一个线程内部等待
                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行完毕; " + System.currentTimeMillis());
            }, "thread_" + i).start();
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

三，源码分析

    1，初始化

        * CyclicBarrier(int parties)

public CyclicBarrier(int parties) {
	// 直接通过方法重载调用
	this(parties, null);
}

        * CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
	if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
	this.parties = parties;
	this.count = parties;
	// 初始化屏障前执行线程，没有则为空
	this.barrierCommand = barrierAction;
}

    2，循环屏障

        * await(..)：无论是显示等待还是不显示等待，最终都是殊途同归，调用同一个底层类

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
	try {
		return dowait(false, 0L);
	} catch (TimeoutException toe) {
		throw new Error(toe); // cannot happen
	}
}

public int await(long timeout, TimeUnit unit)
	throws InterruptedException,
		   BrokenBarrierException,
		   TimeoutException {
	return dowait(true, unit.toNanos(timeout));
}

        * dowait(boolean timed, long nanos)

private int dowait(boolean timed, long nanos)
	throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
		   TimeoutException {
	// lock：重入锁，已在常量定义
	// 定义语句：private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
		// 赋值当前循环屏障标识
		// 可以通过 reset() 方法对标识进行重置
		final Generation g = generation;
		// 循环屏障中断
		if (g.broken)
			throw new BrokenBarrierException();
		// 线程中断处理，
		if (Thread.interrupted()) {
			// 中断处理后打破屏障
			breakBarrier();
			throw new InterruptedException();
		}
		// 此处表示对循环屏障的屏障值递减，当减为0时屏障放开
		int index = --count;
		if (index == 0) {  // tripped
			boolean ranAction = false;
			try {
				// 减为0，表示当前线程是屏障放开前最后一个线程
				// 由屏障放开前最后一个线程，执行初始化传递的屏障线程
				final Runnable command = barrierCommand;
				if (command != null)
					command.run();
				ranAction = true;
				// 构造新的循环屏障，
				nextGeneration();
				return 0;
			} finally {
				// 循环屏障释放异常，则打破屏障
				if (!ranAction)
					breakBarrier();
			}
		}
 
		// 前一步没有放开，说明屏障还需等待，线程阻塞
		for (;;) {
			try {
				// timed判断是限时阻塞还是直接阻塞
				if (!timed)
					// trip：Condition，已在常亮定义
					// 定义语句：private final Condition trip = lock.newCondition();
					trip.await();
				else if (nanos > 0L)
					// 此处返回剩余时间
					nanos = trip.awaitNanos(nanos);
			} catch (InterruptedException ie) {
				// 异常后打破屏障
				if (g == generation && ! g.broken) {
					breakBarrier();
					throw ie;
				} else {
					Thread.currentThread().interrupt();
				}
			}
			
			// 循环屏障中断处理
			if (g.broken)
				throw new BrokenBarrierException();
 
			// 标识被重置，不做任何处理
			if (g != generation)
				return index;
				
			// 限时等待超时处理
			if (timed && nanos <= 0L) {
				breakBarrier();
				throw new TimeoutException();
			}
		}
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}

        * breakBarrier()：打破循环屏障

private void breakBarrier() {
	// 设置参数true
	generation.broken = true;
	// 重置屏障值为初始值
	count = parties;
	// 通过Condition唤醒全部阻塞线程进行执行
	trip.signalAll();
}

        * nextGeneration()：说明当前屏障已经阻塞完成，进行下一次循环阻塞

private void nextGeneration() {
	// 通过Condition唤醒全部阻塞线程
	trip.signalAll();
	// 重置屏障值为初始值
	count = parties;
	// 构建一个新的Generation，进行下一次循环
	generation = new Generation();
}

    3，屏障重置

        * reset()

public void reset() {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
		// 打破循环屏障，已经被屏障的线程全部唤醒执行
		breakBarrier();
		// 构建下一个循环屏障
		nextGeneration();
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}