CyclicBarrier允许一组 goroutine 彼此等待，到达一个共同的执行点。同时，因为它可以被重复使用，所以叫循环栅栏。具体的机制是，大家都在栅栏前等待，等全部都到齐了，就抬起栅栏放行。
事实上，这个 CyclicBarrier 是参考Java CyclicBarrier和C# Barrier的功能实现的。Java 提供了 CountDownLatch（倒计时器）和 CyclicBarrier（循环栅栏）两个类似的用于保证多线程到达同一个执行点的类，只不过前者是到达 0 的时候放行，后者是到达某个指定的数的时候放行。C# Barrier 功能也是类似的，你可以查看链接，了解它的具体用法。
你可能会觉得，CyclicBarrier 和 WaitGroup 的功能有点类似，确实是这样。不过，CyclicBarrier 更适合用在“固定数量的 goroutine 等待同一个执行点”的场景中，而且在放行 goroutine 之后，CyclicBarrier 可以重复利用，不像 WaitGroup 重用的时候，必须小心翼翼避免 panic。处理可重用的多 goroutine 等待同一个执行点的场景的时候，CyclicBarrier 和 WaitGroup 方法调用的对应关系如下：
可以看到，如果使用 WaitGroup 实现的话，调用比较复杂，不像 CyclicBarrier 那么清爽。更重要的是，如果想重用 WaitGroup，你还要保证，将 WaitGroup 的计数值重置到 n 的时候不会出现并发问题。
WaitGroup 更适合用在“一个 goroutine 等待一组 goroutine 到达同一个执行点”的场景中，或者是不需要重用的场景中。
实现原理
CyclicBarrier 有两个初始化方法：
- 第一个是 New 方法，它只需要一个参数，来指定循环栅栏参与者的数量；
- 第二个方法是 NewWithAction，它额外提供一个函数，可以在每一次到达执行点的时候执行一次。具体的时间点是在最后一个参与者到达之后，但是其它的参与者还未被放行之前。我们可以利用它，做放行之前的一些共享状态的更新等操作。
这两个方法的签名如下：
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func New(parties int) CyclicBarrier
func NewWithAction(parties int, barrierAction func() error) CyclicBarrier
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CyclicBarrier 是一个接口，定义的方法如下：
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type CyclicBarrier interface {
// 等待所有的参与者到达，如果被ctx.Done()中断，会返回ErrBrokenBarrier
Await(ctx context.Context) error
// 重置循环栅栏到初始化状态。如果当前有等待者，那么它们会返回ErrBrokenBarrier
Reset()
// 返回当前等待者的数量
GetNumberWaiting() int
// 参与者的数量
GetParties() int
// 循环栅栏是否处于中断状态
IsBroken() bool
}
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循环栅栏的使用也很简单。循环栅栏的参与者只需调用 Await 等待，等所有的参与者都到达后，再执行下一步。当执行下一步的时候，循环栅栏的状态又恢复到初始的状态了，可以迎接下一轮同样多的参与者。
并发趣题：一氧化二氢制造工厂
题目是这样的：
有一个名叫大自然的搬运工的工厂，生产一种叫做一氧化二氢的神秘液体。这种液体的分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的，也就是水。
这个工厂有多条生产线，每条生产线负责生产氧原子或者是氢原子，每条生产线由一个 goroutine 负责。
这些生产线会通过一个栅栏，只有一个氧原子生产线和两个氢原子生产线都准备好，才能生成出一个水分子，否则所有的生产线都会处于等待状态。也就是说，一个水分子必须由三个不同的生产线提供原子，而且水分子是一个一个按照顺序产生的，每生产一个水分子，就会打印出 HHO、HOH、OHH 三种形式的其中一种。HHH、OOH、OHO、HOO、OOO 都是不允许的。
生产线中氢原子的生产线为 2N 条，氧原子的生产线为 N 条。
你可以先想一下，我们怎么来实现呢？
首先，我们来定义一个 H2O 辅助数据类型，它包含两个信号量的字段和一个循环栅栏。
- semaH 信号量：控制氢原子。一个水分子需要两个氢原子，所以，氢原子的空槽数资源数设置为
- semaO 信号量：控制氧原子。一个水分子需要一个氧原子，所以资源数的空槽数设置为
- 循环栅栏：等待两个氢原子和一个氧原子填补空槽，直到任务完成。
我们来看下具体的代码：
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package water
import (
"context"
"github.com/marusama/cyclicbarrier"
"golang.org/x/sync/semaphore"
)
// 定义水分子合成的辅助数据结构
type H2O struct {
semaH *semaphore.Weighted // 氢原子的信号量
semaO *semaphore.Weighted // 氧原子的信号量
b cyclicbarrier.CyclicBarrier // 循环栅栏，用来控制合成
}
func New() *H2O {
return &H2O{
semaH: semaphore.NewWeighted(2), //氢原子需要两个
semaO: semaphore.NewWeighted(1), // 氧原子需要一个
b: cyclicbarrier.New(3), // 需要三个原子才能合成
}
}
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接下来，我们看看各条流水线的处理情况。
流水线分为氢原子处理流水线和氧原子处理流水线，首先，我们先看一下氢原子的流水线：如果有可用的空槽，氢原子的流水线的处理方法是 hydrogen，hydrogen 方法就会占用一个空槽（h2o.semaH.Acquire），输出一个 H 字符，然后等待栅栏放行。等其它的 goroutine 填补了氢原子的另一个空槽和氧原子的空槽之后，程序才可以继续进行。
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func (h2o *H2O) hydrogen(releaseHydrogen func()) {
h2o.semaH.Acquire(context.Background(), 1)
releaseHydrogen() // 输出H
h2o.b.Await(context.Background()) //等待栅栏放行
h2o.semaH.Release(1) // 释放氢原子空槽
}
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在栅栏放行之前，只有两个氢原子的空槽位和一个氧原子的空槽位。只有等栅栏放行之后，这些空槽位才会被释放。栅栏放行，就意味着一个水分子组成成功。
这个算法是不是正确呢？我们来编写一个单元测试检测一下。
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package water
import (
"math/rand"
"sort"
"sync"
"testing"
"time"
)
func TestWaterFactory(t *testing.T) {
//用来存放水分子结果的channel
var ch chan string
releaseHydrogen := func() {
ch <- "H"
}
releaseOxygen := func() {
ch <- "O"
}
// 300个原子，300个goroutine,每个goroutine并发的产生一个原子
var N = 100
ch = make(chan string, N*3)
h2o := New()
// 用来等待所有的goroutine完成
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(N * 3)
// 200个氢原子goroutine
for i := 0; i < 2*N; i++ {
go func() {
time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(100)) * time.Millisecond)
h2o.hydrogen(releaseHydrogen)
wg.Done()
}()
}
// 100个氧原子goroutine
for i := 0; i < N; i++ {
go func() {
time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(100)) * time.Millisecond)
h2o.oxygen(releaseOxygen)
wg.Done()
}()
}
//等待所有的goroutine执行完
wg.Wait()
// 结果中肯定是300个原子
if len(ch) != N*3 {
t.Fatalf("expect %d atom but got %d", N*3, len(ch))
}
// 每三个原子一组，分别进行检查。要求这一组原子中必须包含两个氢原子和一个氧原子，这样才能正确组成一个水分子。
var s = make([]string, 3)
for i := 0; i < N; i++ {
s[0] = <-ch
s[1] = <-ch
s[2] = <-ch
sort.Strings(s)
water := s[0] + s[1] + s[2]
if water != "HHO" {
t.Fatalf("expect a water molecule but got %s", water)
}
}
}
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如果你没有学习 CyclicBarrier，你可能只会想到，用 WaitGroup 来实现这个水分子制造工厂的例子。
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type H2O struct {
semaH *semaphore.Weighted
semaO *semaphore.Weighted
wg sync.WaitGroup //将循环栅栏替换成WaitGroup
}
func New() *H2O {
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(3)
return &H2O{
semaH: semaphore.NewWeighted(2),
semaO: semaphore.NewWeighted(1),
wg: wg,
}
}
func (h2o *H2O) hydrogen(releaseHydrogen func()) {
h2o.semaH.Acquire(context.Background(), 1)
releaseHydrogen()
// 标记自己已达到，等待其它goroutine到达
h2o.wg.Done()
h2o.wg.Wait()
h2o.semaH.Release(1)
}
func (h2o *H2O) oxygen(releaseOxygen func()) {
h2o.semaO.Acquire(context.Background(), 1)
releaseOxygen()
// 标记自己已达到，等待其它goroutine到达
h2o.wg.Done()
h2o.wg.Wait()
//都到达后重置wg
h2o.wg.Add(3)
h2o.semaO.Release(1)
}
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你一看代码就知道了，使用 WaitGroup 非常复杂，而且，重用和 Done 方法的调用有并发的问题，程序可能 panic，远远没有使用循环栅栏更加简单直接。
所以，我建议你多了解一些并发原语，甚至是从其它编程语言、操作系统中学习更多的并发原语，这样可以让你的知识库更加丰富，在面对并发场景的时候，你也能更加游刃有余。