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Java 7的并发包中推出了Phaser，其功能跟CyclicBarrier和CountDownLatch有些重叠，但是提供了更灵活的用法，例如支持动态调整注册任务的数量等。本文在Phaser自带的示例代码基础上进行一下简单的分析。

注册(Registration)

    Phaser支持通过register()和bulkRegister(int parties)方法来动态调整注册任务的数量，此外也支持通过其构造函数进行指定初始数量。在适当的时机，Phaser支持减少注册任务的数量，例如 arriveAndDeregister()。单个Phaser实例允许的注册任务数的上限是65535。

到达(Arrival)

    正如Phaser类的名字所暗示，每个Phaser实例都会维护一个phase number，初始值为0。每当所有注册的任务都到达Phaser时，phase number累加，并在超过Integer.MAX_VALUE后清零。arrive()和arriveAndDeregister()方法用于记录到 达，arriveAndAwaitAdvance()方法用于记录到达，并且等待其它未到达的任务。

终止(Termination)

    Phaser支持终止。Phaser终止之后，调用register()和bulkRegister(int parties)方法没有任何效果，arriveAndAwaitAdvance()方法也会立即返回。触发终止的时机是在protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties)方法返回时，如果该方法返回true，那么Phaser会被终止。默认实现是在注册任务数为0时返回true（即 return registeredParties == 0;）。此外，forceTermination()方法用于强制终止，isTerminated()方法用于判断是否已经终止。

层次结构(Tiering)

    Phaser支持层次结构，即通过构造函数Phaser(Phaser parent)和Phaser(Phaser parent, int parties)构造一个树形结构。这有助于减轻因在单个的Phaser上注册过多的任务而导致的竞争，从而提升吞吐量，代价是增加单个操作的开销。

使用案例

样例1

    在有些场景下，我们希望控制多个线程的启动时机：例如在并发相关的单元测试中，有时需要控制线程的启动时机，以期获得最大程度的并发，通常我们会使用CountDownLatch，以下是使用Phaser的版本。

Java代码  

1. import java.util.concurrent.Phaser;  
2.   
3. public class PhaserTest1 {  
4.   
5.     public static void main(String args[]) {  
6.         //  
7.         final int count = 5;  
8.         final Phaser phaser = new Phaser(count);  
9.         for(int i = 0; i < count; i++) {  
10.             System.out.println("starting thread, id: " + i);  
11.             final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));  
12.             thread.start();  
13.         }  
14.     }  
15.       
16.     public static class Task implements Runnable {  
17.         //  
18.         private final int id;  
19.         private final Phaser phaser;  
20.   
21.         public Task(int id, Phaser phaser) {  
22.             this.id = id;  
23.             this.phaser = phaser;  
24.         }  
25.           
26.         @Override  
27.         public void run() {  
28.             phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
29.             System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);  
30.         }  
31.     }  
32. }  

       以上例子中，由于线程是在一个循环中start，因此start的时机有一定的间隔。本例中这些线程实际开始工作的时机是在所有的线程都调用了phaser.arriveAndAwaitAdvance()之后。

      此外，如果留心arriveAndAwaitAdvance()方法的签名，会发现它并没有抛出InterruptedException，实际上，即使 当前线程被中断，arriveAndAwaitAdvance()方法也不会返回，而是继续等待。如果在等待时希望可中断，或者可超时，那么需要使用以下 方法：

Java代码  

1. awaitAdvance(arrive())  // 等效于arriveAndAwaitAdvance()  
2. awaitAdvanceInterruptibly(int phase)  
3. awaitAdvanceInterruptibly(int phase, long timeout, TimeUnit unit)  

样例2

    有些时候我们希望只有在某些外部条件满足时，才真正开始任务的执行，例如：

Java代码  

1. import java.io.BufferedReader;  
2. import java.io.InputStreamReader;  
3. import java.util.concurrent.Phaser;  
4.   
5. public class PhaserTest2 {  
6.   
7.     public static void main(String args[]) throws Exception {  
8.         //  
9.         final Phaser phaser = new Phaser(1);  
10.         for(int i = 0; i < 5; i++) {  
11.             phaser.register();  
12.             System.out.println("starting thread, id: " + i);  
13.             final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));  
14.             thread.start();  
15.         }  
16.           
17.         //  
18.         System.out.println("Press ENTER to continue");  
19.         BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));  
20.         reader.readLine();  
21.         phaser.arriveAndDeregister();  
22.     }  
23.       
24.     public static class Task implements Runnable {  
25.         //  
26.         private final int id;  
27.         private final Phaser phaser;  
28.   
29.         public Task(int id, Phaser phaser) {  
30.             this.id = id;  
31.             this.phaser = phaser;  
32.         }  
33.           
34.         @Override  
35.         public void run() {  
36.             phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
37.             System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);  
38.         }  
39.     }  
40. }  

    以上例子中，只有当用户按下回车之后，任务才真正开始执行。需要注意的是，arriveAndDeregister()方法不会被阻塞，并且返回到达时的phase number（arrive方法也是如此）。

样例3

    CyclicBarrier支持barrier action, Phaser同样也支持。不同之处是Phaser的barrier action需要改写onAdvance方法来进行定制。

Java代码  

1. import java.util.concurrent.Phaser;  
2.   
3. public class PhaserTest3 {  
4.   
5.     public static void main(String args[]) throws Exception {  
6.         //  
7.         final int count = 5;  
8.         final int phaseToTerminate = 3;  
9.         final Phaser phaser = new Phaser(count) {  
10.             @Override  
11.             protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {  
12.                 System.out.println("====== " + phase + " ======");  
13.                 return phase >= phaseToTerminate || registeredParties == 0;  
14.             }  
15.         };  
16.           
17.         //  
18.         for(int i = 0; i < count; i++) {  
19.             System.out.println("starting thread, id: " + i);  
20.             final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));  
21.             thread.start();  
22.         }  
23.     }  
24.       
25.     public static class Task implements Runnable {  
26.         //  
27.         private final int id;  
28.         private final Phaser phaser;  
29.   
30.         public Task(int id, Phaser phaser) {  
31.             this.id = id;  
32.             this.phaser = phaser;  
33.         }  
34.           
35.         @Override  
36.         public void run() {  
37.             do {  
38.                 try {  
39.                     Thread.sleep(500);  
40.                 } catch(InterruptedException e) {  
41.                     // NOP  
42.                 }  
43.                 System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);  
44.                 phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
45.             } while(!phaser.isTerminated());  
46.         }  
47.     }  
48. }  

   本例中的barrier action只是简单地打印了一条信息，此外在超过指定的迭代次数后终止了Phaser。

样例4

    在Smaple 3的例子中，主线程在其它工作线程结束之前已经终止。如果希望主线程等待这些工作线程结束，除了使用Thread.join()之外，也可以尝试以下的方式：

Java代码  

1. import java.util.concurrent.Phaser;  
2.   
3. public class PhaserTest4 {  
4.   
5.     public static void main(String args[]) throws Exception {  
6.         //  
7.         final int count = 5;  
8.         final int phaseToTerminate = 3;  
9.         final Phaser phaser = new Phaser(count) {  
10.             @Override  
11.             protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {  
12.                 System.out.println("====== " + phase + " ======");  
13.                 return phase == phaseToTerminate || registeredParties == 0;  
14.             }  
15.         };  
16.           
17.         //  
18.         for(int i = 0; i < count; i++) {  
19.             System.out.println("starting thread, id: " + i);  
20.             final Thread thread = new Thread(new Task(i, phaser));  
21.             thread.start();  
22.         }  
23.           
24.         //  
25.         phaser.register();  
26.         while (!phaser.isTerminated()) {  
27.             phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
28.         }  
29.         System.out.println("done");  
30.     }  
31.       
32.     public static class Task implements Runnable {  
33.         //  
34.         private final int id;  
35.         private final Phaser phaser;  
36.   
37.         public Task(int id, Phaser phaser) {  
38.             this.id = id;  
39.             this.phaser = phaser;  
40.         }  
41.           
42.         @Override  
43.         public void run() {  
44.             while(!phaser.isTerminated()) {  
45.                 try {  
46.                     Thread.sleep(500);  
47.                 } catch(InterruptedException e) {  
48.                     // NOP  
49.                 }  
50.                 System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase() + ", id: " + this.id);  
51.                 phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
52.             }  
53.         }  
54.     }  
55. }  

   如果希望主线程在特定的phase结束之后终止，那么可以在主线程中调用下述方法：

Java代码  

1. public static void awaitPhase(Phaser phaser, int phase) {  
2.     int p = phaser.register(); // assumes caller not already registered  
3.     while (p < phase) {  
4.         if (phaser.isTerminated()) {  
5.             break; // ... deal with unexpected termination  
6.         } else {  
7.             p = phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
8.         }  
9.     }  
10.     phaser.arriveAndDeregister();  
11. }  

       需要注意的是，awaitPhase方法中的if (phaser.isTerminated()) 分支里需要能够正确处理Phaser终止的情况。否则由于在Phaser终止之后， phaser.register()和arriveAndAwaitAdvance()方法均返回负值，那么上述方法可能陷入死循环。

样例5

    以下对Phaser进行分层的例子：

Java代码  

1. import java.util.concurrent.Phaser;  
2.   
3. public class PhaserTest6 {  
4.     //  
5.     private static final int TASKS_PER_PHASER = 4;  
6.   
7.     public static void main(String args[]) throws Exception {  
8.         //  
9.         final int phaseToTerminate = 3;  
10.         final Phaser phaser = new Phaser() {  
11.             @Override  
12.             protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {  
13.                 System.out.println("====== " + phase + " ======");  
14.                 return phase == phaseToTerminate || registeredParties == 0;  
15.             }  
16.         };  
17.           
18.         //  
19.         final Task tasks[] = new Task[10];  
20.         build(tasks, 0, tasks.length, phaser);  
21.         for (int i = 0; i < tasks.length; i++) {  
22.             System.out.println("starting thread, id: " + i);  
23.             final Thread thread = new Thread(tasks[i]);  
24.             thread.start();  
25.         }  
26.     }  
27.   
28.     public static void build(Task[] tasks, int lo, int hi, Phaser ph) {  
29.         if (hi - lo > TASKS_PER_PHASER) {  
30.             for (int i = lo; i < hi; i += TASKS_PER_PHASER) {  
31.                 int j = Math.min(i + TASKS_PER_PHASER, hi);  
32.                 build(tasks, i, j, new Phaser(ph));  
33.             }  
34.         } else {  
35.             for (int i = lo; i < hi; ++i)  
36.                 tasks[i] = new Task(i, ph);  
37.         }  
38.     }  
39.   
40.     public static class Task implements Runnable {  
41.         //  
42.         private final int id;  
43.         private final Phaser phaser;  
44.   
45.         public Task(int id, Phaser phaser) {  
46.             this.id = id;  
47.             this.phaser = phaser;  
48.             this.phaser.register();  
49.         }  
50.   
51.         @Override  
52.         public void run() {  
53.             while (!phaser.isTerminated()) {  
54.                 try {  
55.                     Thread.sleep(200);  
56.                 } catch (InterruptedException e) {  
57.                     // NOP  
58.                 }  
59.                 System.out.println("in Task.run(), phase: " + phaser.getPhase()    + ", id: " + this.id);  
60.                 phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
61.             }  
62.         }  
63.     }  
64. }  

    需要注意的是，TASKS_PER_PHASER的值取决于具体的Task实现。对于Task执行时间很短的场景（也就是竞争相对激烈），可以考虑使用较小的TASKS_PER_PHASER值，例如4。反之可以适当增大TASKS_PER_PHASER。

Java 7的并发编程-Phaser

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