Java分段计算：CyclicBarrier任务同步方法

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CyclicBarrier是一种可重用的同步工具，允许多个线程在到达屏障点后集体继续执行。其核心是通过await()方法使线程相互等待，直至所有线程都调用了await()，再统一放行，并可执行预设的barrierAction任务。与CountDownLatch不同，CyclicBarrier支持循环使用，调用reset()即可重置状态。文中以分段求和为例，展示如何将大数组拆分给多个线程并行计算局部和，最后利用barrierAction汇总结果。关键点包括：使用共享数组存储各线程结果、确保线程写入位置不冲突、处理await可能抛出的异常、避免barrierAction耗时过长导致阻塞。适用于多阶段协同计算、并发测试、游戏同步等场景。注意一旦有线程中断可能导致屏障破裂，需合理管理线程生命周期。

在Java并发编程中，当需要将一个大任务拆分成多个子任务并行执行，并在所有子任务完成后再进行下一步操作时，CyclicBarrier 是一种非常实用的同步工具。它允许一组线程相互等待，直到所有线程都到达某个公共屏障点，然后再继续执行。这种机制特别适合用于分段计算、数据批量处理等场景。

什么是CyclicBarrier？

CyclicBarrier 字面意思是“循环栅栏”，它可以实现多个线程在执行到某一点时互相等待，直到所有线程都到达这个点后，才一起继续执行。与 CountDownLatch 不同的是，CyclicBarrier 可以被重用（即“循环”），只要调用 reset() 方法就可以重新初始化。

其构造函数有两种：

• CyclicBarrier(int parties)：指定需要等待的线程数量。
• CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction)：在所有线程到达屏障后，优先执行 barrierAction 指定的任务。

使用CyclicBarrier实现分段计算

假设我们要对一个大数组求和，可以将其拆分为多个片段，每个线程负责一段的计算，最后汇总结果。这时就可以借助 CyclicBarrier 等待所有线程完成各自的计算后再进行总和统计。

示例代码如下：

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
<p>public class SegmentCalculation {
private static final int ARRAY_SIZE = 10000;
private static final int THREAD_COUNT = 4;
private static final int[] data = new int[ARRAY_SIZE];
private static final long[] partialSums = new long[THREAD_COUNT]; // 存储每段的结果
private static final CyclicBarrier barrier = 
new CyclicBarrier(THREAD_COUNT, () -> {
// 所有线程完成后的聚合操作
long total = 0;
for (long sum : partialSums) {
total += sum;
}
System.out.println("最终总和为：" + total);
});</p><pre class="brush:java;toolbar:false;">public static void main(String[] args) {
    // 初始化数据
    for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
        data[i] = 1;
    }

    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    int segmentSize = ARRAY_SIZE / THREAD_COUNT;
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
        final int taskId = i;
        final int start = i * segmentSize;
        final int end = (i == THREAD_COUNT - 1) ? ARRAY_SIZE : start + segmentSize;

        executor.submit(() -> {
            long sum = 0;
            for (int j = start; j < end; j++) {
                sum += data[j];
            }
            partialSums[taskId] = sum;
            System.out.println("线程 " + taskId + " 计算完成，局部和：" + sum);

            try {
                barrier.await(); // 等待其他线程
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }

    executor.shutdown();
}

}

关键设计要点说明

• 共享结果数组：使用 partialSums 数组保存每个线程的计算结果，注意下标与线程一一对应，避免冲突。
• 屏障动作（barrierAction）：在构造 CyclicBarrier 时传入的 Runnable 会在所有线程调用 await() 后执行一次，适合做汇总或清理工作。
• 异常处理：await() 方法可能抛出 InterruptedException 或 BrokenBarrierException，需合理捕获。
• 线程安全：虽然本例中各线程写入不同的 partialSums 元素，不存在竞争，但如果涉及共享变量，仍需考虑同步问题。

适用场景与注意事项

CyclicBarrier 适用于多线程协同完成阶段性任务的场景，比如：

• 多阶段并行计算（如矩阵运算分块）
• 模拟并发请求的压力测试
• 游戏中的角色同步行动

需要注意：

• 一旦屏障被打破（例如某个线程中断），CyclicBarrier 会进入“broken”状态，后续 await 调用也会失败。
• 可通过调用 reset() 方法重置屏障，恢复正常使用，常用于循环任务。
• 不要在 barrierAction 中执行耗时过长的操作，以免阻塞所有等待线程。

基本上就这些。CyclicBarrier 提供了一种简洁有效的线程同步方式，结合任务拆分策略，能显著提升计算密集型任务的效率。实际使用中可根据数据规模动态调整线程数和分段策略，达到最佳性能平衡。

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