內(nèi)容概要

Phaser是Java中一個(gè)靈活的同步工具，其優(yōu)點(diǎn)在于支持多階段的任務(wù)拆分與同步，并且能夠動(dòng)態(tài)地注冊(cè)與注銷參與者，它提供了豐富的等待與推進(jìn)機(jī)制，使得開發(fā)者能夠更細(xì)粒度地控制線程的協(xié)調(diào)行為，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的并行任務(wù)處理，相比于其他同步工具，Phaser更加靈活且易于擴(kuò)展，適用于多種并發(fā)場景。

核心概念

在Java中，Phaser是一個(gè)靈活的同步工具類，它允許多個(gè)線程在一個(gè)或多個(gè)屏障（barrier points）上進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以把Phaser想象成一個(gè)多線程聚會(huì)的組織者，它負(fù)責(zé)確保所有參與的線程都到達(dá)某個(gè)階段后再一起進(jìn)行下一步。

舉一個(gè)實(shí)際生活中的場景：假設(shè)正在開發(fā)一個(gè)在線多人游戲，比如，團(tuán)隊(duì)解謎游戲，在這個(gè)游戲中，有幾個(gè)玩家（線程）需要合作完成一系列任務(wù)來通關(guān)，每個(gè)任務(wù)都被劃分為幾個(gè)階段，而每個(gè)階段都需要所有玩家共同完成某些操作后才能進(jìn)入下一階段。

這個(gè)場景中，Phaser就可以發(fā)揮它的作用，可以把每個(gè)階段看作是一個(gè)屏障點(diǎn)，每個(gè)玩家線程在完成自己當(dāng)前階段的任務(wù)后會(huì)向Phaser報(bào)告，然后等待其他玩家完成，一旦所有玩家都完成了當(dāng)前階段的任務(wù)，Phaser就會(huì)像一個(gè)響鈴一樣，通知所有玩家可以進(jìn)入下一階段了。

比如，在解謎游戲的關(guān)卡中，四個(gè)玩家需要分別找到四個(gè)不同的線索，并將這些線索組合起來才能打開通往下一關(guān)的大門，每個(gè)玩家在找到線索后，都會(huì)告知Phaser自己已經(jīng)完成任務(wù)，Phaser會(huì)等待所有四個(gè)玩家都找到線索后，再通知他們可以將線索組合起來打開大門進(jìn)入下一關(guān)了。

Phaser主要用于解決多個(gè)線程分階段共同完成任務(wù)的同步問題，它可以確保一組線程在達(dá)到某個(gè)屏障點(diǎn)（phase）之前都保持同步，即所有線程都完成了某個(gè)階段的任務(wù)后，才能一起進(jìn)入下一個(gè)階段，這種同步機(jī)制尤其適用于需要多個(gè)線程協(xié)作完成復(fù)雜任務(wù)的情況，比如在線多人游戲、分布式系統(tǒng)、并行計(jì)算等場景。

Phaser在內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)狀態(tài)機(jī)，用來跟蹤和管理每個(gè)線程的執(zhí)行狀態(tài)以及各個(gè)階段的完成情況，當(dāng)一個(gè)線程完成任務(wù)并達(dá)到屏障點(diǎn)時(shí)，會(huì)調(diào)用Phaser的相應(yīng)方法來通知其他線程，然后等待其他線程一起進(jìn)入下一階段，在這個(gè)過程中，Phaser會(huì)管理線程的同步和協(xié)作，確保所有線程都能按照預(yù)定的順序完成各自的任務(wù)。

此外，Phaser還提供了靈活的注冊(cè)和注銷線程的功能，可以動(dòng)態(tài)地添加或刪除參與同步的線程，它還支持中斷和超時(shí)機(jī)制，可以在等待其他線程的過程中被中斷或設(shè)置超時(shí)，增強(qiáng)了對(duì)多線程同步的靈活性。

官方文檔：docx.iamqiang.com/jdk11/api/java.base/java/util/concurrent/Phaser.html

代碼案例

下面是一個(gè)簡單的Java示例代碼，演示了如何使用Phaser來同步多個(gè)線程，以確保它們分階段完成任務(wù)，如下代碼：

import java.util.concurrent.Phaser;  
  
public class PhaserExample {  
  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        // 創(chuàng)建一個(gè)Phaser實(shí)例，初始時(shí)注冊(cè)3個(gè)線程（不包括主線程）  
        Phaser phaser = new Phaser(3);  
  
        // 創(chuàng)建并啟動(dòng)3個(gè)線程  
        for (int i = 0; i < 3; i++) {  
            int threadNum = i + 1; // 為了在輸出中區(qū)分線程  
            new Thread(() -> {  
                System.out.println("線程" + threadNum + "：已經(jīng)準(zhǔn)備好，等待其他線程。");  
                  
                // 線程在此等待，直到所有線程都到達(dá)這個(gè)屏障點(diǎn)  
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
                  
                System.out.println("線程" + threadNum + "：第一階段任務(wù)完成。");  
  
                // 模擬第二階段的任務(wù)  
                try {  
                    Thread.sleep(1000);  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    Thread.currentThread().interrupt();  
                    return;  
                }  
  
                // 再次到達(dá)屏障點(diǎn)，等待其他線程  
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
  
                System.out.println("線程" + threadNum + "：第二階段任務(wù)完成。");  
  
                // 模擬第三階段的任務(wù)  
                try {  
                    Thread.sleep(1000);  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    Thread.currentThread().interrupt();  
                    return;  
                }  
  
                // 最后一次到達(dá)屏障點(diǎn)，所有線程都完成后Phaser將自動(dòng)進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)  
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();  
  
                System.out.println("線程" + threadNum + "：第三階段任務(wù)完成，Phaser任務(wù)結(jié)束。");  
            }).start();  
        }  
  
        // 等待所有線程完成任務(wù)  
        // 注意：在實(shí)際應(yīng)用中，可能不希望主線程在這里阻塞，而是去做其他工作  
        // 但為了演示目的，讓主線程等待所有工作線程完成  
        phaser.awaitAdvance(phaser.getPhase());  
        System.out.println("所有線程的第一階段任務(wù)完成。");  
  
        phaser.awaitAdvance(phaser.getPhase() + 1);  
        System.out.println("所有線程的第二階段任務(wù)完成。");  
  
        phaser.awaitAdvance(phaser.getPhase() + 1);  
        System.out.println("所有線程的第三階段任務(wù)完成，整個(gè)任務(wù)結(jié)束。");  
    }  
}

在上面代碼中，創(chuàng)建了一個(gè)Phaser實(shí)例并初始注冊(cè)了3個(gè)線程以及主線程，每個(gè)線程都執(zhí)行三個(gè)階段的任務(wù)，每個(gè)階段任務(wù)之間都通過phaser.arriveAndAwaitAdvance()方法進(jìn)行同步，每個(gè)線程在完成當(dāng)前階段的任務(wù)后，都會(huì)在這個(gè)方法上阻塞，直到所有其他線程也完成了它們當(dāng)前階段的任務(wù)，在所有線程都完成最后一個(gè)階段的任務(wù)后，Phaser會(huì)自動(dòng)進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)不會(huì)再有線程被阻塞。

上述代碼輸出如下結(jié)果：

主線程也已經(jīng)準(zhǔn)備好，等待其他線程。  
線程x已經(jīng)準(zhǔn)備好，等待其他線程。  
線程y已經(jīng)準(zhǔn)備好，等待其他線程。  
線程z已經(jīng)準(zhǔn)備好，等待其他線程。  
（這里所有線程和主線程都會(huì)等待，直到所有參與者都調(diào)用了arriveAndAwaitAdvance）  
主線程第一階段任務(wù)完成（實(shí)際上主線程可能只是監(jiān)控或協(xié)調(diào)其他線程）。  
線程x第一階段任務(wù)完成。  
線程y第一階段任務(wù)完成。  
線程z第一階段任務(wù)完成。  
（所有線程和主線程繼續(xù)執(zhí)行，直到它們?cè)俅握{(diào)用arriveAndAwaitAdvance）  
主線程第二階段任務(wù)完成（實(shí)際上可能是等待其他線程完成某些任務(wù)）。  
線程x第二階段任務(wù)完成。  
線程y第二階段任務(wù)完成。  
線程z第二階段任務(wù)完成。  
（所有線程和主線程繼續(xù)執(zhí)行第三階段任務(wù)）  
主線程第三階段任務(wù)完成（實(shí)際上可能是進(jìn)行一些清理工作或者匯總結(jié)果）。  
線程x第三階段任務(wù)完成，Phaser任務(wù)結(jié)束。  
線程y第三階段任務(wù)完成，Phaser任務(wù)結(jié)束。  
線程z第三階段任務(wù)完成，Phaser任務(wù)結(jié)束。

核心API

Phaser它允許一組線程互相等待，直到所有線程都到達(dá)某個(gè)屏障（barrier）點(diǎn)，Phaser非常適合用于多階段的任務(wù)拆分和同步，以下是Phaser中一些重要方法的簡要說明：

• Phaser(int parties)： 構(gòu)造函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)新的Phaser實(shí)例，并設(shè)置注冊(cè)的線程數(shù)（parties），這個(gè)數(shù)字表示在繼續(xù)到下一個(gè)階段之前，必須到達(dá)屏障的線程數(shù)。
• Phaser()： 構(gòu)造函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)新的Phaser實(shí)例，但不設(shè)置注冊(cè)的線程數(shù)，這通常用于層次結(jié)構(gòu)的Phaser，其中子Phaser會(huì)繼承父Phaser的注冊(cè)線程數(shù)。
• register()： 增加一個(gè)到達(dá)屏障所需的線程數(shù)，如果調(diào)用此方法的線程尚未注冊(cè)，它也會(huì)將自己注冊(cè)為未到達(dá)的線程。
• arrive()： 表示當(dāng)前線程已經(jīng)到達(dá)屏障，并減少未到達(dá)的線程數(shù)，如果這是最后一個(gè)到達(dá)的線程，并且已經(jīng)設(shè)置了下一個(gè)階段的屏障，那么這個(gè)方法將返回true，否則返回false。
• arriveAndAwaitAdvance()： 當(dāng)前線程到達(dá)屏障，并等待其他線程也到達(dá)，當(dāng)所有線程都到達(dá)后，屏障會(huì)自動(dòng)推進(jìn)到下一個(gè)階段，然后該方法返回，如果當(dāng)前Phaser被終止，這個(gè)方法會(huì)拋出IllegalStateException。
• awaitAdvance(int phase)： 等待直到屏障推進(jìn)到給定的階段，如果當(dāng)前階段大于或等于給定的階段，那么此方法將立即返回。
• isTerminated()： 檢查Phaser是否已經(jīng)終止，當(dāng)注冊(cè)的線程數(shù)減少到零，且沒有新的線程注冊(cè)時(shí)，Phaser將被終止。
• getPhase()： 獲取當(dāng)前屏障的階段號(hào)，每個(gè)屏障都有一個(gè)唯一的階段號(hào)，初始階段號(hào)為0。
• getRegisteredParties()： 獲取當(dāng)前注冊(cè)的線程數(shù)。
• getArrivedParties()： 獲取已經(jīng)到達(dá)當(dāng)前屏障的線程數(shù)。
• getUnarrivedParties()： 獲取尚未到達(dá)當(dāng)前屏障的線程數(shù)，這實(shí)際上是getRegisteredParties()和getArrivedParties()之間的差值。
• forceTermination()： 強(qiáng)制終止Phaser，即使還有未到達(dá)的線程，這會(huì)導(dǎo)致所有等待在arriveAndAwaitAdvance()或awaitAdvance(int)方法上的線程拋出IllegalStateException。
• onAdvance(int phase, int registeredParties)： 這是一個(gè)受保護(hù)的方法，可以在子類中覆蓋，以便在每個(gè)屏障階段推進(jìn)時(shí)執(zhí)行自定義操作。
• bulkRegister(int parties)： 一次性注冊(cè)多個(gè)線程，這通常用于靜態(tài)已知的線程數(shù)，或者當(dāng)多個(gè)任務(wù)由同一個(gè)線程代表時(shí)。

核心總結(jié)

Phaser類的目的是允許在并發(fā)編程中同步多個(gè)線程之間的執(zhí)行，它具有如下優(yōu)點(diǎn)，如下：

• 更好的可擴(kuò)展性：Phaser類相對(duì)于其他同步工具類（如CyclicBarrier和CountDownLatch）具有更好的可擴(kuò)展性，因?yàn)樗С指嗟膮⑴c者（即線程）同時(shí)進(jìn)行同步。
• 自動(dòng)注銷和清理：當(dāng)所有參與者都完成執(zhí)行后，Phaser會(huì)自動(dòng)注銷并釋放相關(guān)資源，這有助于避免內(nèi)存泄漏和資源浪費(fèi)。
• 靈活的執(zhí)行模式：Phaser類提供了多種執(zhí)行模式，如并行、串行和混合模式，這使得在處理并發(fā)任務(wù)時(shí)更加靈活。

它也有不少缺點(diǎn)，如：1、與其他的同步工具類相比，Phaser類的實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，因此在某些場景下可能會(huì)引入額外的性能開銷，并且Phaser類具有一定的使用門檻，使用時(shí)深入理解并發(fā)編程和Java并發(fā)API，這可能會(huì)增加學(xué)習(xí)成本。

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)之Phaser的全面解析詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Phaser內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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