CyclicBarrier和CountDownLatch的源码分析与区别

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CyclicBarrier和CountDownLatch的区别

看了各种资料和书,大家一致的意见都是CountDownLatch是计数器,只能使用一次,而CyclicBarrier的计数器提供reset功能,可以多次使用。但是我不那么认为它们之间的区别仅仅就是这么简单的一点。我们来从jdk作者设计的目的来看,javadoc是这么描述它们的:

CountDownLatch: A synchronization aid that allows one or more threads to wait until a set of operations being performed in other threads completes.

CyclicBarrier : A synchronization aid that allows a set of threads to all wait for each other to reach a common barrier point.

从javadoc的描述可以得出:

  • CountDownLatch:一个或者多个线程,等待其他多个线程完成某件事情之后才能执行;
  • CyclicBarrier:多个线程互相等待,直到到达同一个同步点,再继续一起执行。

对于CountDownLatch来说,重点是“一个线程(多个线程)等待”,而其他的N个线程在完成“某件事情”之后,可以终止,也可以等待。而对于CyclicBarrier,重点是多个线程,在任意一个线程没有完成,所有的线程都必须等待。

CountDownLatch是计数器,线程完成一个记录一个,只不过计数不是递增而是递减,而CyclicBarrier更像是一个阀门,需要所有线程都到达,阀门才能打开,然后继续执行。

- CountDownLatch声明:

CountDownLatch的构造函数接受int型参数作为它的计数器,如果想等待N个点完成,就传入N;

  • 调用CountDownLatch的countDown方法时,N会减1,CountDownLatch的await方法会阻塞主线程直到N减少到0。

CountDownLatch源码分析

CountDownLatch是自定义AQS同步组件,接下来就以自定义同步器Sync、countDown方法和await方法为切入点,分析CountDownLatch的具体实现。

  • 自定义同步器Sync实现

自定义同步器实现 同步器Sync实现了共享式获取同步状态的acquire和release,前文中已经详细介绍过AQS相关内容,在这里我就不再做详细介绍分析了。

构造方法

从构造方法的具体实现可以看出,通过构造方法传入的int型参数count其实就是同步器的状态。

countDown实现

整个countDown只做了一件事情,释放同步状态,同步状态在这里的实际意义也就是需要等待的完成的点的数量,只要每完成一个点,就调用countDown方法释放同步状态。

CountDownLatch提供带超时时间的await和不带超时时间的await:

await实现

await的实质是在获取同步状态,同步状态state == 0成立,当前等待完成的点均已完成,主线程继续往下执行,否则,主线程进入等待队列自旋等待直到同步状态释放后state == 0。有些时候主线程是不能一直自旋等待,这个时候带超时时间的await就派上用场了,设置超时时间,如果在指定时间内N个点都未完成,返回false,主线程不再等待,继续往下执行。

总结:CountDownLatch实质上就是一个AQS计数器,通过AQS来实现线程的等待与唤醒。

CyclicBarrier

CyclicBarrier,让一组线程到达一个同步点后再一起继续运行,在其中任意一个线程未达到同步点,其他到达的线程均会被阻塞。

CyclicBarrier源码分析

  • 构造方法 CyclicBarrier提供两个构造方法CyclicBarrier(int parties)和CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction):

CyclicBarrier构造方法

  • CyclicBarrier(int parties) 默认构造方法,参数表示拦截的线程数量。
  • CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) 由于线程之前的调度是由CPU决定的,所以默认的构造方法无法设置线程执行优先级,CyclicBarrier提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction),用于在线程到达同步点时,优先执行线程barrierAction,这样可以更加方便的处理一些负责的业务场景。

创建CyclicBarrier后,每个线程调用await方法告诉CyclicBarrier自己已经到达同步点,然后当前线程被阻塞。接下来我们来看看await方法的具体实现。

await实现

CyclicBarrier同样提供带超时时间的await和不带超时时间的await:

整个await方法的核心是dowait方法的调用,我们来看看dowait的具体实现。

  • dowait实现

在dowait的前段部分,主要完成了当所有线程都到达同步点(barrier)时,唤醒所有的等待线程,一起往下继续运行,可根据参数barrierAction决定优先执行的线程。

dowait实现前半部分

在dowait的实现后半部分,主要实现了线程未到达同步点(barrier)时,线程进入Condition自旋等待,直到等待超时或者所有线程都到达barrier时被唤醒。

dowait实现后半部分

在整个dowait:

  1. 使用ReentrantLock保证每一次操作线程安全;
  2. 线程等待/唤醒使用Lock配合Condition来实现;
  3. 线程被唤醒的条件:等待超时或者所有线程都到达barrier。

到这里为止,CyclicBarrier的重要实现源码分析就结束了,接下来还是照样给出一个具体的使用案例,方便掌握CyclicBarrier的具体用法。

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