面试官：说一说CyclicBarrier的妙用！我：这个没用过

写在开头

面试官：同学，AQS的原理知道吗？
我：学过一点，抽象队列同步器，Java中很多同步工具都是基于它的...
面试官：好的，那其中CyclicBarrier学过吗？讲一讲它的妙用吧
我：啊，这个，这个我平时写代码没用过...
面试官：那你回去再学学吧！

随着Java的国内竞争环境逐渐激烈，面试时遇到很多奇葩的问题也是越来越多，以上是模拟的一个面试场景，同学们看下你们能答得上来不？😝

什么是CyclicBarrier？

在过去的几天里，我们基于AQS学习了不少内容，其中基于AQS构建的同步工具类也学了Semaphore（信号量）和CountDownLatch（倒计时器），甚至于也手撕过同步器，今天我们继续来学习另外一个同步类：CyclicBarrier

CyclicBarrier（循环屏障）：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的原理

在CyclicBarrier有两个成员变量分别为parties，count，前者代表每次拦截的线程数量，后者是初始化时保持和parties相等的计数标识，每有一个线程执行到同步点时，count减1，当count值变为0时说明所有线程都走到了同步点，这时就可以尝试执行我们在构造方法中设计的任务啦。

【源码解析1】

//每次拦截的线程数
private final int parties;
//计数器
private int count;
 
//一个参数的构造
public CyclicBarrier(int parties) {
    this(parties, null);
}
//多参构造，parties为拦截线程数，barrierAction这个 Runnable会在 CyclicBarrier 的计数器为 0 的时候执行，用来完成更复杂的任务。
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
    if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
    this.parties = parties;
    this.count = parties;
    this.barrierCommand = barrierAction;
}

每个线程通过调用await方法告诉CyclicBarrier已经到达屏障，然后进行阻塞等待，知道count等于0，所有线程都到达了屏障，因此，我们跟入await方法的源码中去看一下。

【源码解析2】

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
  try {
      return dowait(false, 0L);
  } catch (TimeoutException toe) {
      throw new Error(toe); // cannot happen
  }
}
//await方法内部，继续调用dowait方法实现功能
private int dowait(boolean timed, long nanos)
    throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
           TimeoutException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 锁住
    lock.lock();
    try {
        final Generation g = generation;
        if (g.broken)
            throw new BrokenBarrierException();
 
        // 如果线程中断了，抛出异常
        if (Thread.interrupted()) {
       		//打破屏障
            breakBarrier();
            throw new InterruptedException();
        }
        // cout减1
        int index = --count;
        // 当 count 数量减为 0 之后说明最后一个线程已经到达栅栏了，也就是达到了可以执行await 方法之后的条件
        if (index == 0) {  // tripped
            boolean ranAction = false;
            try {
                final Runnable command = barrierCommand;
                if (command != null)
                    command.run();
                ranAction = true;
                // 将 count 重置为 parties 属性的初始化值
                // 唤醒之前等待的线程
                // 下一波执行开始
                nextGeneration();
                return 0;
            } finally {
                if (!ranAction)
                    breakBarrier();
            }
        }
 
        // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
        for (;;) {
            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();
    }
}

在dowait(boolean timed, long nanos)，可以通过时间参数来设置阻塞的时间，默认为false，在这个方法内部，每次线程调用await后，都会进行--count操作，直到index为0时，会去执行command，然后唤醒线程继续向下执行，CyclicBarrier 的计数器可以通过reset()方法重置，所以它能处理循环使用的场景。

CyclicBarrier的使用

大致的了解了CyclicBarrier的原理之后，我们写个小demo测试一下它如何使用

【代码示例】

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int numberOfThreads = 3; // 线程数量
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(numberOfThreads, () -> {
            // 当所有线程都到达障碍点时执行的操作
            System.out.println("所有线程都已到达屏障，进入下一阶段");
        });
 
        for (int i = 0; i < numberOfThreads; i++) {
            new Thread(new Task(barrier), "Thread " + (i + 1)).start();
        }
    }
 
    static class Task implements Runnable {
        private final CyclicBarrier barrier;
 
        public Task(CyclicBarrier barrier) {
            this.barrier = barrier;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在屏障处等待");
                barrier.await(); // 等待所有线程到达障碍点
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 已越过屏障.");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

输出：

Thread 2 正在屏障处等待
Thread 1 正在屏障处等待
Thread 3 正在屏障处等待
所有线程都已到达屏障，进入下一阶段
Thread 3 已越过屏障.
Thread 1 已越过屏障.
Thread 2 已越过屏障.

结尾彩蛋

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