Barreira (Barrier)

Definição

Barreira (Barrier) é um mecanismo de sincronização que bloqueia múltiplas threads até que todas cheguem a um ponto específico da execução, e só então as libera simultaneamente.
É útil para dividir algoritmos concorrentes em etapas coordenadas, onde todas as threads devem esperar umas pelas outras antes de avançar.

Uma vez que todas as threads tenham “alcançado a barreira”, o ciclo se reinicia — por isso barreiras são ideais em algoritmos divididos em fases (como simulações, computações distribuídas ou algoritmos paralelos por etapas).

Objetivos do uso de Barreira

Sincronizar múltiplas threads em pontos comuns do código.
Dividir a execução em fases em que todas as threads devem aguardar antes de continuar.
Evitar corrida descoordenada entre tarefas paralelas.
Facilitar controle de fluxos paralelos dependentes entre si.

Exemplo prático (Python)

import threading
import time

# Define a barreira que espera 3 threads
barreira = threading.Barrier(3)

def tarefa(id):
    print(f"Thread {id} iniciou etapa 1")
    time.sleep(1)
    print(f"Thread {id} aguardando barreira")
    barreira.wait()
    print(f"Thread {id} avançou para etapa 2")

threads = [threading.Thread(target=tarefa, args=(i,)) for i in range(3)]

for t in threads:
    t.start()

for t in threads:
    t.join()

Saída esperada

Thread 0 iniciou etapa 1
Thread 1 iniciou etapa 1
Thread 2 iniciou etapa 1
Thread 0 aguardando barreira
Thread 1 aguardando barreira
Thread 2 aguardando barreira
Thread 2 avançou para etapa 2
Thread 0 avançou para etapa 2
Thread 1 avançou para etapa 2

Todas as threads esperam umas pelas outras antes de continuar.

O ciclo de sincronização com barreira

Thread A → executa etapa 1 → espera na barreira
Thread B → executa etapa 1 → espera na barreira
Thread C → executa etapa 1 → espera na barreira
[Barreira liberada] → todas avançam para etapa 2

A barreira só libera as threads quando todas chegarem ao ponto de espera (barreira.wait()).
Após a liberação, a barreira pode ser reutilizada em um próximo ciclo.

Considerações

Barreira é útil para algoritmos em fases sincronizadas (como simulações físicas, jogos, engines paralelas).
Se alguma thread falhar ou não atingir a barreira, o programa pode travar — por isso, barreiras devem ser usadas com garantia de chegada de todas as threads.

⚠️ Use com cuidado: a ausência de uma thread pode levar a bloqueios indefinidos.