摘要：當(dāng)?shù)竭_柵欄后，由于沒有滿足總數(shù)的要求，所以會一直等待，當(dāng)線程到達后，柵欄才會放行。任務(wù)其實就是當(dāng)最后一個線程到達柵欄時，后續(xù)立即要執(zhí)行的任務(wù)。

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CyclicBarrier是一個輔助同步器類，在JDK1.5時隨著J.U.C一起引入。

這個類的功能和我們之前介紹的CountDownLatch有些類似。我們知道，CountDownLatch是一個倒數(shù)計數(shù)器，在計數(shù)器不為0時，所有調(diào)用await的線程都會等待，當(dāng)計數(shù)器降為0，線程才會繼續(xù)執(zhí)行，且計數(shù)器一旦變?yōu)?，就不能再重置了。

CyclicBarrier可以認(rèn)為是一個柵欄，柵欄的作用是什么？就是阻擋前行。
顧名思義，CyclicBarrier是一個可以循環(huán)使用的柵欄，它做的事情就是：
讓線程到達柵欄時被阻塞(調(diào)用await方法)，直到到達柵欄的線程數(shù)滿足指定數(shù)量要求時，柵欄才會打開放行。

這其實有點像軍訓(xùn)報數(shù)，報數(shù)總?cè)藬?shù)滿足教官認(rèn)為的總數(shù)時，教官才會安排后面的訓(xùn)練。

可以看下面這個圖來理解下:
一共4個線程A、B、C、D，它們到達柵欄的順序可能各不相同。當(dāng)A、B、C到達柵欄后，由于沒有滿足總數(shù)【4】的要求，所以會一直等待，當(dāng)線程D到達后，柵欄才會放行。

從CyclicBarrier的構(gòu)造器，我們也可以看出關(guān)于這個類的一些端倪，CyclicBarrier有兩個構(gòu)造器：

構(gòu)造器一：

這個構(gòu)造器的參數(shù)parties就是之前說的需要滿足的計數(shù)總數(shù)。

構(gòu)造器二：

這個構(gòu)造器稍微特殊一些，除了指定了計數(shù)總數(shù)外，傳入了一個Runnable任務(wù)。

Runnable任務(wù)其實就是當(dāng)最后一個線程到達柵欄時，后續(xù)立即要執(zhí)行的任務(wù)。

比如，軍訓(xùn)報數(shù)完畢后，總?cè)藬?shù)滿足了要求，教官就會開始命令大家執(zhí)行下一個任務(wù)，這個【下一個任務(wù)】就是這里的Runnable。

我們來看一個CyclicBarrier的示例，來理解下它的功能。

假設(shè)現(xiàn)在有這樣一個場景：
5個運動員準(zhǔn)備跑步比賽，運動員在賽跑前會準(zhǔn)備一段時間，當(dāng)裁判發(fā)現(xiàn)所有運動員準(zhǔn)備完畢后，就舉起發(fā)令槍，比賽開始。
這里的起跑線就是屏障，運動員必須在起跑線等待其他運動員準(zhǔn)備完畢。

public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) {

        int N = 5;  // 運動員數(shù)
        CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("****** 所有運動員已準(zhǔn)備完畢，發(fā)令槍：跑！******");
            }
        });

        for (int i = 0; i < N; i++) {
            Thread t = new Thread(new PrepareWork(cb), "運動員[" + i + "]");
            t.start();
        }

    }


    private static class PrepareWork implements Runnable {
        private CyclicBarrier cb;

        PrepareWork(CyclicBarrier cb) {
            this.cb = cb;
        }

        @Override
        public void run() {

            try {
                Thread.sleep(500);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 準(zhǔn)備完成");
                cb.await();          // 在柵欄等待
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

執(zhí)行上面的程序，可能的輸出結(jié)果如下：

運動員[3]: 準(zhǔn)備完成
運動員[1]: 準(zhǔn)備完成
運動員[0]: 準(zhǔn)備完成
運動員[2]: 準(zhǔn)備完成
運動員[4]: 準(zhǔn)備完成
****** 所有運動員已準(zhǔn)備完畢，發(fā)令槍：跑！******

從輸出可以看到，線程到達柵欄時會被阻塞(調(diào)用await方法)，直到到達柵欄的線程數(shù)滿足指定數(shù)量要求時，柵欄才會打開放行。

我們知道，線程在阻塞過程中，可能被中斷，那么既然CyclicBarrier放行的條件是等待的線程數(shù)達到指定數(shù)目，萬一線程被中斷導(dǎo)致最終的等待線程數(shù)達不到柵欄的要求怎么辦？

CyclicBarrier一定有考慮到這種異常情況，不然其它所有等待線程都會無限制地等待下去。
那么CyclicBarrier是如何處理的呢？

我們看下CyclicBarrier的await()方法：

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
    //...
}

可以看到，這個方法除了拋出InterruptedException異常外，還會拋出BrokenBarrierException。

BrokenBarrierException表示當(dāng)前的CyclicBarrier已經(jīng)損壞了，可能等不到所有線程都到達柵欄了，所以已經(jīng)在等待的線程也沒必要再等了，可以散伙了。

出現(xiàn)以下幾種情況之一時，當(dāng)前等待線程會拋出BrokenBarrierException異常：

其它某個正在await等待的線程被中斷了

其它某個正在await等待的線程超時了

某個線程重置了CyclicBarrier(調(diào)用了reset方法，后面會講到)

另外，只要正在Barrier上等待的任一線程拋出了異常，那么Barrier就會認(rèn)為肯定是湊不齊所有線程了，就會將柵欄置為損壞（Broken）狀態(tài)，并傳播BrokenBarrierException給其它所有正在等待（await）的線程。

我們來對上面的例子做個改造，模擬下異常情況：

public class CyclicBarrierTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        int N = 5;  // 運動員數(shù)
        CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(N, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("****** 所有運動員已準(zhǔn)備完畢，發(fā)令槍：跑！******");
            }
        });

        List list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < N; i++) {
            Thread t = new Thread(new PrepareWork(cb), "運動員[" + i + "]");
            list.add(t);
            t.start();
            if (i == 3) {
                t.interrupt();  // 運動員[3]置中斷標(biāo)志位
            }
        }

        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("Barrier是否損壞：" + cb.isBroken());
    }


    private static class PrepareWork implements Runnable {
        private CyclicBarrier cb;

        PrepareWork(CyclicBarrier cb) {
            this.cb = cb;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 準(zhǔn)備完成");
                cb.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 被中斷");
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": 拋出BrokenBarrierException");
            }
        }
    }
}

可能的輸出結(jié)果：

運動員[0]: 準(zhǔn)備完成
運動員[2]: 準(zhǔn)備完成
運動員[1]: 準(zhǔn)備完成
運動員[3]: 準(zhǔn)備完成
運動員[3]: 被中斷
運動員[4]: 準(zhǔn)備完成
運動員[4]: 拋出BrokenBarrierException
運動員[0]: 拋出BrokenBarrierException
運動員[1]: 拋出BrokenBarrierException
運動員[2]: 拋出BrokenBarrierException
Barrier是否損壞：true

這段代碼，模擬了中斷線程3的情況，從輸出可以看到，線程0、1、2首先到達Brrier等待。
然后線程3到達，由于之前設(shè)置了中斷標(biāo)志位，所以線程3拋出中斷異常，導(dǎo)致Barrier損壞，此時所有已經(jīng)在柵欄等待的線程（0、1、2）都會拋出BrokenBarrierException異常。
此時，即使再有其它線程到達柵欄（線程4），都會拋出BrokenBarrierException異常。

注意：使用CyclicBarrier時，對異常的處理一定要小心，比如線程在到達柵欄前就拋出異常，此時如果沒有重試機制，其它已經(jīng)到達柵欄的線程會一直等待（因為沒有還沒有滿足總數(shù)），最終導(dǎo)致程序無法繼續(xù)向下執(zhí)行。

CyclicBarrier有兩個構(gòu)造器：
CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(10);

構(gòu)造器內(nèi)部的各個字段含義如下：

CyclicBarrier 并沒有自己去實現(xiàn)AQS框架的API，而是利用了ReentrantLock和Condition。

public class CyclicBarrier {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition trip = lock.newCondition();

    // 柵欄開啟需要的到達線程總數(shù)
    private final int parties;

    // 最后一個線程到達后執(zhí)行的任務(wù)
    private final Runnable barrierCommand;

    // 剩余未到達的線程總數(shù)
    private int count;

    // 當(dāng)前輪次的運行狀態(tài)
    private Generation generation = new Generation();

    // ...
}

需要注意的是generation這個字段：

我們知道，CyclicBarrier 是可以循環(huán)復(fù)用的，所以CyclicBarrier 的每一輪任務(wù)都需要對應(yīng)一個generation 對象。
generation 對象內(nèi)部有個broken字段，用來標(biāo)識當(dāng)前輪次的CyclicBarrier 是否已經(jīng)損壞。
nextGeneration方法用來創(chuàng)建一個新的generation 對象，并喚醒所有等待線程，重置內(nèi)部參數(shù)。

我們先來看下await方法：

可以看到，無論有沒有超時功能，內(nèi)部都是調(diào)了dowait這個方法：

dowait方法并不復(fù)雜，一共有3部分：

判斷柵欄是否已經(jīng)損壞或當(dāng)前線程已經(jīng)被中斷，如果是會分別拋出異常；

如果當(dāng)前線程是最后一個到達的線程，會嘗試執(zhí)行最終任務(wù)（如果構(gòu)造CyclicBarrier對象時有傳入Runnable的話），執(zhí)行成功即返回，失敗會破壞柵欄；

對于不是最后一個到達的線程，會在Condition隊列上等待，為了防止被意外喚醒，這里用了一個自旋操作。

破壞柵欄用的是breakBarrier方法：

再來看下CyclicBarrier的reset方法：

該方法先破壞柵欄，然后開始下一輪（新建一個generation對象）。

類聲明：

構(gòu)造器聲明：

接口聲明：