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同步辅助类CountDownLatch跟CyclicBarrier

2012-08-31 
同步辅助类CountDownLatch和CyclicBarrierjava.util.concurrent?类 CountDownLatchjava.lang.Objectjava.u

同步辅助类CountDownLatch和CyclicBarrier

java.util.concurrent?
类 CountDownLatch
java.lang.Object  同步辅助类CountDownLatch跟CyclicBarrierjava.util.concurrent.CountDownLatch

public class CountDownLatch
extends Object

一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待。

用给定的计数?初始化?CountDownLatch。由于调用了?countDown()?方法,所以在当前计数到达零之前,await?方法会一直受阻塞。之后,会释放所有等待的线程,await?的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次——计数无法被重置。如果需要重置计数,请考虑使用?CyclicBarrier

CountDownLatch?是一个通用同步工具,它有很多用途。将计数 1 初始化的?CountDownLatch?用作一个简单的开/关锁存器,或入口:在通过调用?countDown()?的线程打开入口前,所有调用?await的线程都一直在入口处等待。用?N?初始化的?CountDownLatch?可以使一个线程在?N?个线程完成某项操作之前一直等待,或者使其在某项操作完成 N 次之前一直等待。

CountDownLatch?的一个有用特性是,它不要求调用?countDown?方法的线程等到计数到达零时才继续,而在所有线程都能通过之前,它只是阻止任何线程继续通过一个?await

示例用法:?下面给出了两个类,其中一组 worker 线程使用了两个倒计数锁存器:

    第一个类是一个启动信号,在 driver 为继续执行 worker 做好准备之前,它会阻止所有的 worker 继续执行。第二个类是一个完成信号,它允许 driver 在完成所有 worker 之前一直等待。
     class Driver { // ...   void main() throws InterruptedException {     CountDownLatch startSignal = new CountDownLatch(1);     CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);     for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads       new Thread(new Worker(startSignal, doneSignal)).start();     doSomethingElse();            // don't let run yet     startSignal.countDown();      // let all threads proceed     doSomethingElse();     doneSignal.await();           // wait for all to finish   } } class Worker implements Runnable {   private final CountDownLatch startSignal;   private final CountDownLatch doneSignal;   Worker(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal) {      this.startSignal = startSignal;      this.doneSignal = doneSignal;   }   public void run() {      try {        startSignal.await();        doWork();        doneSignal.countDown();} catch (InterruptedException ex) {} // return;   }   void doWork() { ... } } 

    另一种典型用法是,将一个问题分成 N 个部分,用执行每个部分并让锁存器倒计数的 Runnable 来描述每个部分,然后将所有 Runnable 加入到 Executor 队列。当所有的子部分完成后,协调线程就能够通过 await。(当线程必须用这种方法反复倒计数时,可改为使用?CyclicBarrier。)

     class Driver2 { // ...   void main() throws InterruptedException {     CountDownLatch doneSignal = new CountDownLatch(N);     Executor e = ...     for (int i = 0; i < N; ++i) // create and start threads       e.execute(new WorkerRunnable(doneSignal, i));     doneSignal.await();           // wait for all to finish   } } class WorkerRunnable implements Runnable {   private final CountDownLatch doneSignal;   private final int i;   WorkerRunnable(CountDownLatch doneSignal, int i) {      this.doneSignal = doneSignal;      this.i = i;   }   public void run() {      try {        doWork(i);        doneSignal.countDown();      } catch (InterruptedException ex) {} // return;   }   void doWork() { ... } }

    java.util.concurrent?类 CyclicBarrier
    java.lang.Object  同步辅助类CountDownLatch跟CyclicBarrierjava.util.concurrent.CyclicBarrier

    public class CyclicBarrier
    extends Object

    一个同步辅助类,它允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中,这些线程必须不时地互相等待,此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用,所以称它为循环?的 barrier。

    CyclicBarrier?支持一个可选的?Runnable?命令,在一组线程中的最后一个线程到达之后(但在释放所有线程之前),该命令只在每个屏障点运行一次。若在继续所有参与线程之前更新共享状态,此屏障操作?很有用。

    示例用法:下面是一个在并行分解设计中使用 barrier 的例子:

     class Solver {   final int N;   final float[][] data;   final CyclicBarrier barrier;      class Worker implements Runnable {     int myRow;     Worker(int row) { myRow = row; }     public void run() {       while (!done()) {         processRow(myRow);         try {           barrier.await();          } catch (InterruptedException ex) { return;          } catch (BrokenBarrierException ex) { return;          }       }     }   }   public Solver(float[][] matrix) {     data = matrix;     N = matrix.length;     barrier = new CyclicBarrier(N,                                  new Runnable() {                                   public void run() {                                      mergeRows(...);                                    }                                 });     for (int i = 0; i < N; ++i)        new Thread(new Worker(i)).start();     waitUntilDone();   } } 
    在这个例子中,每个 worker 线程处理矩阵的一行,在处理完所有的行之前,该线程将一直在屏障处等待。处理完所有的行之后,将执行所提供的?Runnable?屏障操作,并合并这些行。如果合并者确定已经找到了一个解决方案,那么?done()?将返回?true,所有的 worker 线程都将终止。

    如果屏障操作在执行时不依赖于正挂起的线程,则线程组中的任何线程在获得释放时都能执行该操作。为方便此操作,每次调用?await()?都将返回能到达屏障处的线程的索引。然后,您可以选择哪个线程应该执行屏障操作,例如:

      if (barrier.await() == 0) {     // log the completion of this iteration   }

    对于失败的同步尝试,CyclicBarrier?使用了一种快速失败的、要么全部要么全不 (all-or-none) 的破坏模式:如果因为中断、失败或者超时等原因,导致线程过早地离开了屏障点,那么其他所有线程(甚至是那些尚未从以前的?await()?中恢复的线程)也将通过?BrokenBarrierException(如果它们几乎同时被中断,则用?InterruptedException)以反常的方式离开。


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