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Java AQS原理和AQS的同步组件总结

本文主要是介绍Java AQS原理和AQS的同步组件总结，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

AQS 简单介绍

AQS 的全称为 AbstractQueuedSynchronizer ，翻译过来的意思就是抽象队列同步器。这个类在 java.util.concurrent.locks 包下面。

 

AQS 就是一个抽象类，主要用来构建锁和同步器。

1 public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
2 }

 

AQS 为构建锁和同步器提供了一些通用功能的是实现，因此，使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的 ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如 ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask(jdk1.7) 等等皆是基于 AQS 的。

 

 

AQS 原理

AQS 原理概览

AQS 核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS 是将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配。

看个 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)原理图：

 

AQS 使用一个 int 成员变量来表示同步状态，通过内置的 FIFO 队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS 使用 CAS 对该同步状态进行原子操作实现对其值的修改。

1 private volatile int state;//共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性

 

状态信息通过 protected 类型的getState()，setState()，compareAndSetState() 进行操作

 1 /返回同步状态的当前值
 2 protected final int getState() {
 3         return state;
 4 }
 5  // 设置同步状态的值
 6 protected final void setState(int newState) {
 7         state = newState;
 8 }
 9 //原子地（CAS操作）将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect（期望值）
10 protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
11         return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
12 }

 

AQS 对资源的共享方式

AQS 定义两种资源共享方式

1) Exclusive（独占）

只有一个线程能执行，如 ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁，ReentrantLock 同时支持两种锁，下面以 ReentrantLock 对这两种锁的定义做介绍：

  • 公平锁 ：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
  • 非公平锁 ：当线程要获取锁时，先通过两次 CAS 操作去抢锁，如果没抢到，当前线程再加入到队列中等待唤醒。

 

下面来看 ReentrantLock 中相关的源代码：

ReentrantLock 默认采用非公平锁，因为考虑获得更好的性能，通过 boolean 来决定是否用公平锁（传入 true 用公平锁）

1 /** Synchronizer providing all implementation mechanics */
2 private final Sync sync;
3 public ReentrantLock() {
4     // 默认非公平锁
5     sync = new NonfairSync();
6 }
7 public ReentrantLock(boolean fair) {
8     sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
9 }

 

ReentrantLock 中公平锁的 lock 方法

 1 static final class FairSync extends Sync {
 2     final void lock() {
 3         acquire(1);
 4     }
 5     // AbstractQueuedSynchronizer.acquire(int arg)
 6     public final void acquire(int arg) {
 7         if (!tryAcquire(arg) &&
 8             acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
 9             selfInterrupt();
10     }
11     protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
12         final Thread current = Thread.currentThread();
13         int c = getState();
14         if (c == 0) {
15             // 1. 和非公平锁相比，这里多了一个判断：是否有线程在等待
16             if (!hasQueuedPredecessors() &&
17                 compareAndSetState(0, acquires)) {
18                 setExclusiveOwnerThread(current);
19                 return true;
20             }
21         }
22         else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
23             int nextc = c + acquires;
24             if (nextc < 0)
25                 throw new Error("Maximum lock count exceeded");
26             setState(nextc);
27             return true;
28         }
29         return false;
30     }
31 }

 

非公平锁的 lock 方法：

 1 static final class NonfairSync extends Sync {
 2     final void lock() {
 3         // 2. 和公平锁相比，这里会直接先进行一次CAS，成功就返回了
 4         if (compareAndSetState(0, 1))
 5             setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
 6         else
 7             acquire(1);
 8     }
 9     // AbstractQueuedSynchronizer.acquire(int arg)
10     public final void acquire(int arg) {
11         if (!tryAcquire(arg) &&
12             acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
13             selfInterrupt();
14     }
15     protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
16         return nonfairTryAcquire(acquires);
17     }
18 }
19 /**
20  * Performs non-fair tryLock.  tryAcquire is implemented in
21  * subclasses, but both need nonfair try for trylock method.
22  */
23 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
24     final Thread current = Thread.currentThread();
25     int c = getState();
26     if (c == 0) {
27         // 这里没有对阻塞队列进行判断
28         if (compareAndSetState(0, acquires)) {
29             setExclusiveOwnerThread(current);
30             return true;
31         }
32     }
33     else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
34         int nextc = c + acquires;
35         if (nextc < 0) // overflow
36             throw new Error("Maximum lock count exceeded");
37         setState(nextc);
38         return true;
39     }
40     return false;
41 }

 

总结：

公平锁和非公平锁只有两处不同：

  1. 非公平锁在调用 lock 后，首先就会调用 CAS 进行一次抢锁，如果这个时候恰巧锁没有被占用，那么直接就获取到锁返回了。
  2. 非公平锁在 CAS 失败后，和公平锁一样都会进入到 tryAcquire 方法，在 tryAcquire 方法中，如果发现锁这个时候被释放了（state == 0），非公平锁会直接 CAS 抢锁，但是公平锁会判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果有则不去抢锁，乖乖排到后面。

公平锁和非公平锁就这两点区别，如果这两次 CAS 都不成功，那么后面非公平锁和公平锁是一样的，都要进入到阻塞队列等待唤醒。

相对来说，非公平锁会有更好的性能，因为它的吞吐量比较大。当然，非公平锁让获取锁的时间变得更加不确定，可能会导致在阻塞队列中的线程长期处于饥饿状态。

 

2) Share（共享）

多个线程可同时执行，如 Semaphore/CountDownLatch。Semaphore、CountDownLatCh、 CyclicBarrier、ReadWriteLock 我们都会在后面讲到。

ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式，因为 ReentrantReadWriteLock 也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS 已经在上层已经帮我们实现好了。

 

AQS 底层使用了模板方法模式

同步器的设计是基于模板方法模式的，如果需要自定义同步器一般的方式是这样（模板方法模式很经典的一个应用）：

  1. 使用者继承 AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的方法。（这些重写方法很简单，无非是对于共享资源 state 的获取和释放）
  2. 将 AQS 组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。

这和我们以往通过实现接口的方式有很大区别，这是模板方法模式很经典的一个运用。

AQS 使用了模板方法模式，自定义同步器时需要重写下面几个 AQS 提供的钩子方法:

1 protected boolean tryAcquire(int)//独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
2 protected boolean tryRelease(int)//独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
3 protected boolean tryAcquireShared(int)//共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
4 protected boolean tryReleaseShared(int)//共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
5 protected boolean isHeldExclusively()//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。

 

什么是钩子方法呢？ 钩子方法是一种被声明在抽象类中的方法，一般使用 protected 关键字修饰，它可以是空方法（由子类实现），也可以是默认实现的方法。模板设计模式通过钩子方法控制固定步骤的实现。

篇幅问题，这里就不详细介绍模板方法模式了，不太了解的小伙伴可以看看这篇文章：用Java8 改造后的模板方法模式真的是 yyds!open in new window。

除了上面提到的钩子方法之外，AQS 类中的其他方法都是 final ，所以无法被其他类重写。

以 ReentrantLock 为例，state 初始化为 0，表示未锁定状态。A 线程 lock() 时，会调用 tryAcquire() 独占该锁并将 state+1 。此后，其他线程再 tryAcquire() 时就会失败，直到 A 线程 unlock() 到 state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A 线程自己是可以重复获取此锁的（state 会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多少次，这样才能保证 state 是能回到零态的。

再以 CountDownLatch 以例，任务分为 N 个子线程去执行，state 也初始化为 N（注意 N 要与线程个数一致）。这 N 个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后 countDown() 一次，state 会 CAS(Compare and Swap) 减 1。等到所有子线程都执行完后(即 state=0 )，会 unpark() 主调用线程，然后主调用线程就会从 await() 函数返回，继续后余动作。

一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但 AQS 也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。

推荐两篇 AQS 原理和相关源码分析的文章：

  • Java并发之AQS详解
  • Java并发包基石-AQS详解

 

Semaphore(信号量)

synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源，Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。

示例代码如下:

 1 /**
 2  *
 3  * @author Snailclimb
 4  * @date 2018年9月30日
 5  * @Description: 需要一次性拿一个许可的情况
 6  */
 7 public class SemaphoreExample1 {
 8   // 请求的数量
 9   private static final int threadCount = 550;
10 
11   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
12     // 创建一个具有固定线程数量的线程池对象（如果这里线程池的线程数量给太少的话你会发现执行的很慢）
13     ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(300);
14     // 一次只能允许执行的线程数量。
15     final Semaphore semaphore = new Semaphore(20);
16 
17     for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
18       final int threadnum = i;
19       threadPool.execute(() -> {// Lambda 表达式的运用
20         try {
21           semaphore.acquire();// 获取一个许可，所以可运行线程数量为20/1=20
22           test(threadnum);
23           semaphore.release();// 释放一个许可
24         } catch (InterruptedException e) {
25           // TODO Auto-generated catch block
26           e.printStackTrace();
27         }
28 
29       });
30     }
31     threadPool.shutdown();
32     System.out.println("finish");
33   }
34 
35   public static void test(int threadnum) throws InterruptedException {
36     Thread.sleep(1000);// 模拟请求的耗时操作
37     System.out.println("threadnum:" + threadnum);
38     Thread.sleep(1000);// 模拟请求的耗时操作
39   }
40 }

 

执行 acquire() 方法阻塞，直到有一个许可证可以获得然后拿走一个许可证；每个 release 方法增加一个许可证，这可能会释放一个阻塞的 acquire() 方法。然而，其实并没有实际的许可证这个对象，Semaphore 只是维持了一个可获得许可证的数量。 Semaphore 经常用于限制获取某种资源的线程数量。

当然一次也可以一次拿取和释放多个许可，不过一般没有必要这样做:

1 semaphore.acquire(5);// 获取5个许可，所以可运行线程数量为20/5=4
2 test(threadnum);
3 semaphore.release(5);// 释放5个许可

 

除了 acquire() 方法之外，另一个比较常用的与之对应的方法是 tryAcquire() 方法，该方法如果获取不到许可就立即返回 false。

Semaphore 有两种模式，公平模式和非公平模式。

  • 公平模式： 调用 acquire() 方法的顺序就是获取许可证的顺序，遵循 FIFO；
  • 非公平模式： 抢占式的。

 

Semaphore 对应的两个构造方法如下：

1 public Semaphore(int permits) {
2         sync = new NonfairSync(permits);
3     }
4 
5 public Semaphore(int permits, boolean fair) {
6         sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
7     }

 

这两个构造方法，都必须提供许可的数量，第二个构造方法可以指定是公平模式还是非公平模式，默认非公平模式。

Semaphore 与 CountDownLatch 一样，也是共享锁的一种实现。它默认构造 AQS 的 state 为 permits。当执行任务的线程数量超出 permits，那么多余的线程将会被放入阻塞队列 Park,并自旋判断 state 是否大于 0。只有当 state 大于 0 的时候，阻塞的线程才能继续执行,此时先前执行任务的线程继续执行 release() 方法，release() 方法使得 state 的变量会加 1，那么自旋的线程便会判断成功。 如此，每次只有最多不超过 permits 数量的线程能自旋成功，便限制了执行任务线程的数量。

 

CountDownLatch （倒计时器）

CountDownLatch 允许 count 个线程阻塞在一个地方，直至所有线程的任务都执行完毕。

CountDownLatch 是共享锁的一种实现,它默认构造 AQS 的 state 值为 count。当线程使用 countDown() 方法时,其实使用了tryReleaseShared方法以 CAS 的操作来减少 state,直至 state 为 0 。当调用 await() 方法的时候，如果 state 不为 0，那就证明任务还没有执行完毕，await() 方法就会一直阻塞，也就是说 await() 方法之后的语句不会被执行。然后，CountDownLatch 会自旋 CAS 判断 state == 0，如果 state == 0 的话，就会释放所有等待的线程，await() 方法之后的语句得到执行。

CountDownLatch 的两种典型用法

1、某一线程在开始运行前等待 n 个线程执行完毕。

将 CountDownLatch 的计数器初始化为 n （new CountDownLatch(n)），每当一个任务线程执行完毕，就将计数器减 1 （countdownlatch.countDown()），当计数器的值变为 0 时，在 CountDownLatch 上 await() 的线程就会被唤醒。一个典型应用场景就是启动一个服务时，主线程需要等待多个组件加载完毕，之后再继续执行。

2、实现多个线程开始执行任务的最大并行性。

注意是并行性，不是并发，强调的是多个线程在某一时刻同时开始执行。类似于赛跑，将多个线程放到起点，等待发令枪响，然后同时开跑。做法是初始化一个共享的 CountDownLatch 对象，将其计数器初始化为 1 （new CountDownLatch(1)），多个线程在开始执行任务前首先 coundownlatch.await()，当主线程调用 countDown() 时，计数器变为 0，多个线程同时被唤醒。

 

CountDownLatch 的使用示例

 1 public class CountDownLatchExample1 {
 2   // 请求的数量
 3   private static final int threadCount = 550;
 4 
 5   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 6     // 创建一个具有固定线程数量的线程池对象（如果这里线程池的线程数量给太少的话你会发现执行的很慢）
 7     ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(300);
 8     final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
 9     for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
10       final int threadnum = i;
11       threadPool.execute(() -> {// Lambda 表达式的运用
12         try {
13           test(threadnum);
14         } catch (InterruptedException e) {
15           // TODO Auto-generated catch block
16           e.printStackTrace();
17         } finally {
18           countDownLatch.countDown();// 表示一个请求已经被完成
19         }
20 
21       });
22     }
23     countDownLatch.await();
24     threadPool.shutdown();
25     System.out.println("finish");
26   }
27 
28   public static void test(int threadnum) throws InterruptedException {
29     Thread.sleep(1000);// 模拟请求的耗时操作
30     System.out.println("threadnum:" + threadnum);
31     Thread.sleep(1000);// 模拟请求的耗时操作
32   }
33 }

 

上面的代码中，我们定义了请求的数量为 550，当这 550 个请求被处理完成之后，才会执行System.out.println("finish");。

与 CountDownLatch 的第一次交互是主线程等待其他线程。主线程必须在启动其他线程后立即调用 CountDownLatch.await() 方法。这样主线程的操作就会在这个方法上阻塞，直到其他线程完成各自的任务。

其他 N 个线程必须引用闭锁对象，因为他们需要通知 CountDownLatch 对象，他们已经完成了各自的任务。这种通知机制是通过 CountDownLatch.countDown()方法来完成的；每调用一次这个方法，在构造函数中初始化的 count 值就减 1。所以当 N 个线程都调 用了这个方法，count 的值等于 0，然后主线程就能通过 await()方法，恢复执行自己的任务。

 

再插一嘴：CountDownLatch 的 await() 方法使用不当很容易产生死锁，比如我们上面代码中的 for 循环改为:

1 for (int i = 0; i < threadCount-1; i++) {
2 .......
3 }

这样就导致 count 的值没办法等于 0，然后就会导致一直等待。

 

CountDownLatch 的不足

CountDownLatch 是一次性的，计数器的值只能在构造方法中初始化一次，之后没有任何机制再次对其设置值，当 CountDownLatch 使用完毕后，它不能再次被使用。

 

CountDownLatch 相常见面试题

  • CountDownLatch 怎么用？应用场景是什么？
  • CountDownLatch 和 CyclicBarrier 的不同之处？
  • CountDownLatch 类中主要的方法？

 

 

CyclicBarrier(循环栅栏)

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 非常类似，它也可以实现线程间的技术等待，但是它的功能比 CountDownLatch 更加复杂和强大。主要应用场景和 CountDownLatch 类似。

CountDownLatch 的实现是基于 AQS 的，而 CycliBarrier 是基于 ReentrantLock(ReentrantLock 也属于 AQS 同步器)和 Condition 的。

CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是：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 默认的构造方法是 CyclicBarrier(int parties)，其参数表示屏障拦截的线程数量，每个线程调用 await() 方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。

再来看一下它的构造函数:

 1 public CyclicBarrier(int parties) {
 2     this(parties, null);
 3 }
 4 
 5 public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
 6     if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
 7     this.parties = parties;
 8     this.count = parties;
 9     this.barrierCommand = barrierAction;
10 }

其中，parties 就代表了有拦截的线程的数量，当拦截的线程数量达到这个值的时候就打开栅栏，让所有线程通过。

 

CyclicBarrier 的应用场景

CyclicBarrier 可以用于多线程计算数据，最后合并计算结果的应用场景。比如我们用一个 Excel 保存了用户所有银行流水，每个 Sheet 保存一个帐户近一年的每笔银行流水，现在需要统计用户的日均银行流水，先用多线程处理每个 sheet 里的银行流水，都执行完之后，得到每个 sheet 的日均银行流水，最后，再用 barrierAction 用这些线程的计算结果，计算出整个 Excel 的日均银行流水。

 

CyclicBarrier 的使用示例

示例 1

 1 public class CyclicBarrierExample2 {
 2   // 请求的数量
 3   private static final int threadCount = 550;
 4   // 需要同步的线程数量
 5   private static final CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5);
 6 
 7   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 8     // 创建线程池
 9     ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
10 
11     for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
12       final int threadNum = i;
13       Thread.sleep(1000);
14       threadPool.execute(() -> {
15         try {
16           test(threadNum);
17         } catch (InterruptedException e) {
18           // TODO Auto-generated catch block
19           e.printStackTrace();
20         } catch (BrokenBarrierException e) {
21           // TODO Auto-generated catch block
22           e.printStackTrace();
23         }
24       });
25     }
26     threadPool.shutdown();
27   }
28 
29   public static void test(int threadnum) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
30     System.out.println("threadnum:" + threadnum + "is ready");
31     try {
32       /**等待60秒，保证子线程完全执行结束*/
33       cyclicBarrier.await(60, TimeUnit.SECONDS);
34     } catch (Exception e) {
35       System.out.println("-----CyclicBarrierException------");
36     }
37     System.out.println("threadnum:" + threadnum + "is finish");
38   }
39 
40 }

运行结果如下：

 1 threadnum:0is ready
 2 threadnum:1is ready
 3 threadnum:2is ready
 4 threadnum:3is ready
 5 threadnum:4is ready
 6 threadnum:4is finish
 7 threadnum:0is finish
 8 threadnum:1is finish
 9 threadnum:2is finish
10 threadnum:3is finish
11 threadnum:5is ready
12 threadnum:6is ready
13 threadnum:7is ready
14 threadnum:8is ready
15 threadnum:9is ready
16 threadnum:9is finish
17 threadnum:5is finish
18 threadnum:8is finish
19 threadnum:7is finish
20 threadnum:6is finish
21 ......

 

可以看到当线程数量也就是请求数量达到我们定义的 5 个的时候， await() 方法之后的方法才被执行。

另外，CyclicBarrier 还提供一个更高级的构造函数 CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)，用于在线程到达屏障时，优先执行 barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。示例代码如下

 1 public class CyclicBarrierExample3 {
 2   // 请求的数量
 3   private static final int threadCount = 550;
 4   // 需要同步的线程数量
 5   private static final CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5, () -> {
 6     System.out.println("------当线程数达到之后，优先执行------");
 7   });
 8 
 9   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
10     // 创建线程池
11     ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
12 
13     for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
14       final int threadNum = i;
15       Thread.sleep(1000);
16       threadPool.execute(() -> {
17         try {
18           test(threadNum);
19         } catch (InterruptedException e) {
20           // TODO Auto-generated catch block
21           e.printStackTrace();
22         } catch (BrokenBarrierException e) {
23           // TODO Auto-generated catch block
24           e.printStackTrace();
25         }
26       });
27     }
28     threadPool.shutdown();
29   }
30 
31   public static void test(int threadnum) throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
32     System.out.println("threadnum:" + threadnum + "is ready");
33     cyclicBarrier.await();
34     System.out.println("threadnum:" + threadnum + "is finish");
35   }
36 
37 }

运行结果如下：

 1 threadnum:0is ready
 2 threadnum:1is ready
 3 threadnum:2is ready
 4 threadnum:3is ready
 5 threadnum:4is ready
 6 ------当线程数达到之后，优先执行------
 7 threadnum:4is finish
 8 threadnum:0is finish
 9 threadnum:2is finish
10 threadnum:1is finish
11 threadnum:3is finish
12 threadnum:5is ready
13 threadnum:6is ready
14 threadnum:7is ready
15 threadnum:8is ready
16 threadnum:9is ready
17 ------当线程数达到之后，优先执行------
18 threadnum:9is finish
19 threadnum:5is finish
20 threadnum:6is finish
21 threadnum:8is finish
22 threadnum:7is finish
23 ......

 

 

CyclicBarrier 的源码分析

 

当调用 CyclicBarrier 对象调用 await() 方法时，实际上调用的是 dowait(false, 0L)方法。 await() 方法就像树立起一个栅栏的行为一样，将线程挡住了，当拦住的线程数量达到 parties 的值时，栅栏才会打开，线程才得以通过执行。

1 public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
2   try {
3         return dowait(false, 0L);
4   } catch (TimeoutException toe) {
5         throw new Error(toe); // cannot happen
6   }
7 }

dowait(false, 0L)：

 1 // 当线程数量或者请求数量达到 count 时 await 之后的方法才会被执行。上面的示例中 count 的值就为 5。
 2     private int count;
 3     /**
 4      * Main barrier code, covering the various policies.
 5      */
 6     private int dowait(boolean timed, long nanos)
 7         throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
 8                TimeoutException {
 9         final ReentrantLock lock = this.lock;
10         // 锁住
11         lock.lock();
12         try {
13             final Generation g = generation;
14 
15             if (g.broken)
16                 throw new BrokenBarrierException();
17 
18             // 如果线程中断了，抛出异常
19             if (Thread.interrupted()) {
20                 breakBarrier();
21                 throw new InterruptedException();
22             }
23             // cout减1
24             int index = --count;
25             // 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
26             if (index == 0) {  // tripped
27                 boolean ranAction = false;
28                 try {
29                     final Runnable command = barrierCommand;
30                     if (command != null)
31                         command.run();
32                     ranAction = true;
33                     // 将 count 重置为 parties 属性的初始化值
34                     // 唤醒之前等待的线程
35                     // 下一波执行开始
36                     nextGeneration();
37                     return 0;
38                 } finally {
39                     if (!ranAction)
40                         breakBarrier();
41                 }
42             }
43 
44             // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
45             for (;;) {
46                 try {
47                     if (!timed)
48                         trip.await();
49                     else if (nanos > 0L)
50                         nanos = trip.awaitNanos(nanos);
51                 } catch (InterruptedException ie) {
52                     if (g == generation && ! g.broken) {
53                         breakBarrier();
54                         throw ie;
55                     } else {
56                         // We're about to finish waiting even if we had not
57                         // been interrupted, so this interrupt is deemed to
58                         // "belong" to subsequent execution.
59                         Thread.currentThread().interrupt();
60                     }
61                 }
62 
63                 if (g.broken)
64                     throw new BrokenBarrierException();
65 
66                 if (g != generation)
67                     return index;
68 
69                 if (timed && nanos <= 0L) {
70                     breakBarrier();
71                     throw new TimeoutException();
72                 }
73             }
74         } finally {
75             lock.unlock();
76         }
77     }

 

总结：CyclicBarrier 内部通过一个 count 变量作为计数器，count 的初始值为 parties 属性的初始化值，每当一个线程到了栅栏这里了，那么就将计数器减一。如果 count 值为 0 了，表示这是这一代最后一个线程到达栅栏，就尝试执行我们构造方法中输入的任务。

 

CyclicBarrier 和 CountDownLatch 的区别

下面这个是国外一个大佬的回答：

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

这篇关于Java AQS原理和AQS的同步组件总结的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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