知识点干货—多线程同步【4】之Phaser

本系列之前的标题是“面试知识点”，由于一些知识点并不都是面试时才用到，却是日常开发经常出现的，比如CyclicBarriar和Phaser，所以后续会将这个系列的标题改为“知识点干货”，希望能给大家带来更多优质的学习干货。

继续总结多线程同步常用的方法或者类，之前介绍了CountDownLatch，CyclicBarriar和Exchanger，这次介绍一个能同时替代CountDownLatch和CyclicBarriar的新类。

Phaser–移相器

Phaser的一个特别典型的应用场景是：它可以替代使用CountDownLatch和CyclicBarriar的任何场景。例如，在进行高并发多线程测试时，有时需要控制线程的启动时机，让它们能够同时启动，从而获得最大程度的并发，通常我们会使用CountDownLatch，这个完全可以使用Phaser进行替代。再如，我们需要某些任务在某一个阶段同时执行，再所有任务执行完成后， 再同时进行到下一个阶段继续执行，我们首先想到的是CyclicBarriar，而使用Phaser也可以完全代替CyclicBarriar。

1、Phaser的定义

Phaser是jdk1.7上新增的一个类，它是一个灵活的多线程同步工具，包含了CyclicBarrier和CountDownLatch的大部分功能，同时也具有一些它们不支持的特性。

在使用它之前，需要了解两个概念，分别是phase和party。
phase就是阶段的意思，初值为0。当所有的线程执行任务时，它是分阶段的，每个阶段对应一个phase，当所有线程执行完本轮任务后，表示本阶段结束，进入到下一阶段，phase的值自动加1。
而party表示线程的个数，party=3表示Phaser对象当前管理着3个线程。通过方法可以
动态增parties计数，而这一点CyclicBarrier类是做不到的，它的线程数是在创建时设置好的。

2、常用方法

Phaser对外提供的方法很多，我们只介绍几个重要的。

● Phaser()

无参构造函数，创建一个Phaser对象。默认parties个数为0。后续可以通过register()、bulkRegister()方法来修改新的parties。在每个Phaser实例内部，会持有几个状态数据：终止状态、已经注册的parties个数、当前phase下已到达的parties个数、当前phase阶段数。

● Phaser(int parties)

有参构造函数，一个Phaser对象，并初始一定数量的parties，相当于在初始化Phaser实例后，再regsiter此数量的parties。

● arrive()

一直阻塞，等待当前phase下其他parties到达。parties必须大于0，如果使用如果Phaser()创建实例，parties没有被register具体的值，调用此方法将会抛出异常。此方法同时返回当前phase周期数，如果Phaser实例已经终止，则返回负数。

● awaitAdvance(int phase)

阻塞方法，等待phase周期数下其他所有的parties都到达，参数指定了当前阻塞的phase周期阶段数。如果指定的phase与Phaser实例当前的phase不一致，会立即返回。可以这样来使用awaitAdvance(arrive())。

● arriveAndAwaitAdvance()

到达某个状态并且阻塞直到其他parties都到达，且advance。此方法等同于调用awaitAdvance(arrive())。

● awaitAdvanceInterruptibly(int phase)

阻塞方法，同awaitAdvance，并且支持interrupted响应，参数指明是那个阶段。waiter线程可以被外部中断，在被中断时此方法立即返回，并抛出InterrutedException异常。

● awaitAdvanceInterruptibly(int phase,long timeout,TimeUnit unit)

阻塞方法，同awaitAdvance，支持timeout类型的interrupted响应，参数指明是那个阶段。当当前线程阻塞等待timeout时长后，抛出TimeoutException异常。
如果你希望阻塞机制支持timeout、interrupted响应，可以使用类似的awaitAdvanceInterruptibly两种重载的方法。

● onAdvance(int phase,int registeredParties)

这个方法很重要，是一个回调方法。当进入下一个phase时会回调到这个方法中进行处理。如果它返回true表示此Phaser应该终止（Phaser的状态设为termination），否则可以继续进行。phase参数表示当前周期数，registeredParties表示当前已经注册的parties个数。
大多情况下，开发者应该重写此方法，来实现自定义的advance回调处理机制。

● register()

注册一个party，每调用一次就会使Phaser实例内部Paties数量加1。如果此时onAdvance方法正在执行，此方法将会等待它执行完毕后才会返回。此方法返回当前的phase周期数，如果Phaser已经中断，将会返回负数。

● bulkRegister(int parties)

进行批量注册多个parties，其它功能和register()相同。

● getArrivedParties()

获取到达的parties个数。

● getPhase()

获取当前phase周期数，如果Phaser已经中断，则返回负值。

● getRegisteredParties()

获取注册的parties个数。

● getUnarrivedParties()

获取还未到达的parties个数。

3、演示代码

Phaser的使用场景很多，我们这里只举一个例子。

//创建时，指定参与的parties个数
int parties = 3;
//也可以在创建时不指定parties，通过使用register或者bulkRegister随时注册
Phaser phaser = new Phaser();
//主线程先注册一个party，因为register()执行一次只能创建一个party
//类似与CountDownLatch，在主线程中等待所有的parties到达后再解除阻塞
phaser.register();
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(parties);
for(int i = 0; i < parties; i++) {
  phaser.register();//每创建一个线程，我们就注册一个party
  final int threadId = i;
  executor.execute(new Runnable() {
     @Override
     public void run() {
        try {
           int i = 0;
           //2的意思是最大周期
           while (i < 2 && !phaser.isTerminated()) {
              System.out.println("current threadId :"+threadId+"，phase:" + phaser.getPhase());
              //模拟每个线程进行的工作
              Thread.sleep(1000);
              //等待同一周期内其它线程到来，然后进入新的周期，从而同步进行
              phaser.arriveAndAwaitAdvance();
              i++;
           }
        } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
        }

        finally {
           phaser.arriveAndDeregister();
        }
     }
  });
}
//主线程到达，且注销自己，线程池中的线程可开始分周期进行执行
System.out.println("main thread arriveAndDeregister！");
phaser.arriveAndDeregister();

执行结果应该是如下这样的格式，

main thread arriveAndDeregister！
current threadId :0，phase:0
current threadId :1，phase:0
current threadId :2，phase:0
current threadId :2，phase:1
current threadId :0，phase:1
current threadId :1，phase:1

4、总结

综上，我们可以使用Phaser替代CountDownLatch。对于CountDownLatch而言，
它的两个重要的方法，await()方法和countDown()，在Phaser中，可以用awaitAdvance(int n)和arrive()分别来代替，前者会使线程进入等待状态，后者使计数器减一，当计数器为0时所有等待的线程开始执行。
用Phaser替代CyclicBarrier更简单，CyclicBarrier的await()方法可以直接用Phaser的arriveAndAwaitAdvance()方法替代。
所以，在使用CountDownLatch或者CyclicBarrier时，我们可以考虑使用Phaser来代替，效率会更高一些。

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