java多線程開發之通過對戰游戲學習CyclicBarrier

CyclicBarrier是java.util.concurrent包下面的一個工具類，字面意思是可循環使用（Cyclic）的屏障（Barrier），通過它可以實現讓一組線程到達一個屏障（也可以叫同步點）時被阻塞，直到最后一個線程到達屏障時，所有被屏障攔截的線程才會繼續執行。

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這篇文章將介紹CyclicBarrier這個同步工具類的以下幾點

通過案例分析
兩種不同構造函數測試
CyclicBarrier和CountDownLatch的區別
await方法及源碼分析。

需求

繼上一篇CountDownLatch模擬游戲加載后，現在用戶點擊開始按鈕后，需要匹配包括自己在內的五個玩家才能開始游戲，匹配玩家成功后進入到選擇角色階段。當5位玩家角色都選擇完畢后，開始進入游戲。進入游戲時需要加載相關的數據，待全部玩家都加載完畢后正式開始游戲。

解決方案

從需求中可以知道，想要開始游戲需要經過三個階段，分別是

匹配玩家

選擇角色

加載數據

在這三個階段中，都需要互相等待對方完成才能繼續進入下個階段。

這時可以采用CyclicBarrier來作為各個階段的節點，等待其他玩家到達，在進入下個階段。

java多線程開發之通過對戰游戲學習CyclicBarrier

定義繼承Runnable的類

這里名稱就叫做StartGame，包含兩個屬性

private String player;
private CyclicBarrier barrier;

通過構造函數初始化兩個屬性

public StartGame(String player, CyclicBarrier barrier) {
 this.player = player;
 this.barrier = barrier;
}

run方法如下

public void run() {
 try {
  System.out.println(this.getPlayer()+" 開始匹配玩家...");
  findOtherPlayer();
  barrier.await();

  System.out.println(this.getPlayer()+" 進行選擇角色...");
  choiceRole();
  System.out.println(this.getPlayer()+" 角色選擇完畢等待其他玩家...");
  barrier.await();

  System.out.println(this.getPlayer()+" 開始游戲,進行游戲加載...");
  loading();
  System.out.println(this.getPlayer()+" 游戲加載完畢等待其他玩家加載完成...");
  barrier.await();


  start();
 } catch (Exception e){
  e.printStackTrace();
 }
}

其他的方法findOtherPlayer()、choiceRole()等待使用

Thread.sleep()

來模擬花費時間

編寫測試代碼

CyclicBarrier有兩個構造函數,如下

public CyclicBarrier(int parties) {}
public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {}

先來看看一個參數的構造函數

CyclicBarrier(int parties)

public static void main(String[] args) throws IOException {
 CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);

 Thread player1 = new Thread(new StartGame("1",barrier));
 Thread player2 = new Thread(new StartGame("2",barrier));
 Thread player3 = new Thread(new StartGame("3",barrier));
 Thread player4 = new Thread(new StartGame("4",barrier));
 Thread player5 = new Thread(new StartGame("5",barrier));

 player1.start();
 player2.start();
 player3.start();
 player4.start();
 player5.start();

 System.in.read();
}

測試結果如下

java多線程開發之通過對戰游戲學習CyclicBarrier

CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5);

替換為

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(5, () -> {
 try {
  System.out.println("階段完成，等待2秒...");
  Thread.sleep(2000);
  System.out.println("進入下個階段...");
 } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
 }

});

再來看看效果

java多線程開發之通過對戰游戲學習CyclicBarrier

可以看到在到達某個節點時，會執行實例化CyclicBarrier時傳入的Runnable對象。而且每一次到達都會執行一次。

CyclicBarrier和CountDownLatch的區別

CountDownLatch	CyclicBarrier
計數為0時，無法重置	計數達到0時，計數置為傳入的值重新開始
調用countDown()方法計數減一，調用await()方法只進行阻塞，對計數沒任何影響	調用await()方法計數減一，若減一后的值不等于0，則線程阻塞
不可重復使用	可重復使用

await方法

public int await(){}
public int await(long timeout, TimeUnit unit){}

無參的await方法這里就不做介紹了，主要介紹下有參的await方法。

有參的await方法傳入兩個參數，一個是時間、另一個是時間單位

當調用有參的await方法時會出現下方兩個異常

java.util.concurrent.TimeoutException
java.util.concurrent.BrokenBarrierException

TimeoutException異常是指調用await方法后等待時間超過傳入的時間，此時會將CyclicBarrier的狀態變成broken，其他調用await方法將會拋出BrokenBarrierException異常，這時的CyclicBarrier將變得不可用，需要調用reset()方法重置CyclicBarrier的狀態。

為什么這么說？

源碼分析一波就可以看出來了

不管是有參還是無參的await方法都是調用CyclicBarrier的dowait(boolean timed, long nanos)方法，這個方法代碼太長了，截取部分貼出來

private int dowait(boolean timed, long nanos){
 //加鎖、try catch代碼
 final Generation g = generation;
 //判斷柵欄的狀態
 if (g.broken)
  throw new BrokenBarrierException();
 //...省略

 int index = --count;
 //(index == 0) 時的代碼，省略

 for (;;) {
  try {
   if (!timed)
    trip.await();
   else if (nanos > 0L)
    nanos = trip.awaitNanos(nanos);
  } catch (InterruptedException ie) {}

  //判斷柵欄的狀態
  if (g.broken)
   throw new BrokenBarrierException();

  if (g != generation)
   return index;
  //判斷是否是定時的，且已經超時了
  if (timed && nanos <= 0L) {
   //打破柵欄的狀態
   breakBarrier();
   throw new TimeoutException();
  }
 }
 //解鎖
}

在代碼的尾部進行判斷當前等待是否已經超時，如果是會調用breakBarrier()方法，且拋出TimeoutException異常，下面是breakBarrier()的代碼

private void breakBarrier() {
 generation.broken = true;
 count = parties;
 trip.signalAll();
}

代碼中將broken狀態置為true，表示當前柵欄移除損壞狀態，且重置柵欄數量，然后喚醒其他等待的線程。此時被喚醒的線程或者其他線程進入dowait方法時，都會拋出BrokenBarrierException異常

案例源代碼地址：

https://github.com/rainbowda/learnWay/tree/master/learnConcurrency/src/main/java/com/learnConcurrency/utils/cyclicBarrier

當前題目：java多線程開發之通過對戰游戲學習CyclicBarrier
網站URL：http://m.2m8n56k.cn/article34/jdcese.html

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