CyclicBarrier（同步屏障）是什么？它的原理和用法是什么？

CyclicBarrier 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的一种同步工具，用于让一组线程互相等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点（barrier point）后，再继续执行后续任务。其名称中的 “Cyclic”（循环）表明它可以被重复使用。

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核心原理

1. 计数器机制：

   • 初始化时设置一个参与线程数 N（屏障的阈值）。
   • 每个线程调用 await() 时，计数器减 1，并进入等待状态。
   • 当第 N 个线程调用 await() 后，计数器归零，所有等待线程被唤醒，继续执行。

2. 可选的屏障动作：

   • 构造时可传入一个 Runnable 任务（称为屏障动作）。
   • 当所有线程到达屏障时，由最后一个到达的线程执行此任务（其他线程仍处于唤醒过程中）。

3. 循环重置：

   • 当线程被释放后，计数器自动重置为初始值 N，可立即用于下一轮同步（区别于一次性工具 CountDownLatch）。

4. 异常处理：

   • 若等待中线程被中断或超时，会抛出 BrokenBarrierException，屏障状态变为“损坏”，需调用 reset() 重置。

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核心方法

方法	说明
CyclicBarrier(int parties)	创建屏障，指定参与线程数
CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)	创建屏障，并指定屏障触发时的回调任务
int await()	等待所有线程到达屏障（可中断）
int await(long timeout, TimeUnit unit)	带超时的等待
void reset()	强制重置屏障（等待中的线程会抛出异常）
int getParties()	获取参与线程数
boolean isBroken()	检查屏障是否损坏

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使用场景

• 多阶段任务：将大任务拆分为多个阶段，每个阶段需所有子任务完成后才能进入下一阶段。
• 并行计算：多个线程计算不同部分，最终合并结果。
• 模拟测试：模拟高并发场景（如压力测试中等待所有线程就绪后同时发起请求）。

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代码示例

import java.util.concurrent.*;public class CyclicBarrierDemo {public static void main(String[] args) {final int THREAD_COUNT = 3;// 创建屏障，并设置屏障触发时的回调任务CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(THREAD_COUNT, () -> System.out.println("【屏障触发】所有线程已就位，执行合并任务！"));for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {new Thread(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行子任务...");Thread.sleep((long) (Math.random() * 2000)); // 模拟任务耗时System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 子任务完成，等待其他线程");// 等待其他线程到达屏障barrier.await();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 继续后续操作");} catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {e.printStackTrace();}}, "线程-" + i).start();}}
}

输出可能结果：

线程-0 开始执行子任务...
线程-1 开始执行子任务...
线程-2 开始执行子任务...
线程-0 子任务完成，等待其他线程
线程-2 子任务完成，等待其他线程
线程-1 子任务完成，等待其他线程
【屏障触发】所有线程已就位，执行合并任务！
线程-1 继续后续操作
线程-0 继续后续操作
线程-2 继续后续操作

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注意事项

1. 异常处理：

   • 若线程在 await() 时被中断，会抛出 InterruptedException。
   • 若屏障在等待期间被重置或损坏，会抛出 BrokenBarrierException。

2. 屏障重置：

   • 调用 reset() 会强制重置屏障，但正在等待的线程会立即抛出异常。
   • 屏障正常触发后会自动重置，无需手动操作。

3. 性能影响：

   • 大量线程频繁等待可能成为性能瓶颈，需合理设计线程数量。

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与 CountDownLatch 的区别

特性	CyclicBarrier	CountDownLatch
重用性	✅ 可循环使用	❌ 一次性
计数器	自动重置	手动重置（需重新创建实例）
核心动作	线程互相等待	线程等待外部事件（计数器归零）
任务触发	支持屏障动作（回调）	无内置回调机制
适用场景	多阶段并行任务	启动准备、结束通知等一次性场景

简单类比：

• CountDownLatch：裁判发令枪（等待所有运动员就位后开枪）。
• CyclicBarrier：团队集合点（所有成员到齐后继续下一步行动）。

通过合理使用 CyclicBarrier，可以高效解决多线程分阶段协作问题，提升程序的并行性和健壮性。

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