java多线程:相位器(阶段器)Phaser

java多线程:相位器(阶段器)Phaser

简介

java 多线程技术提供了 Phaser 工具类，Phaser 表示 “阶段器”，用来解决控制多个线程分阶段共同完成任务的情景问题。其作用相比 CountDownLatch 和 CyclicBarrier 更加灵活，例如有这样的一个题目：5 个学生一起参加考试，一共有三道题，要求所有学生到齐才能开始考试，全部同学都做完第一题，学生才能继续做第二题，全部学生做完了第二题，才能做第三题，所有学生都做完的第三题，考试才结束。分析这个题目：这是一个多线程（5 个学生）分阶段问题（考试考试、第一题做完、第二题做完、第三题做完），所以很适合用 Phaser 解决这个问题。

实现代码

import java.util.concurrent.Phaser;
 
/***
 *  下面说说Phaser的高级用法，在Phaser内有2个重要状态，分别是phase和party。
 *  phase就是阶段，初值为0，当所有的线程执行完本轮任务，同时开始下一轮任务时，
 *  意味着当前阶段已结束，进入到下一阶段，phase的值自动加1。party就是线程，
 *  party=4就意味着Phaser对象当前管理着4个线程。Phaser还有一个重要的方法经常需要被重载，
 *  那就是boolean onAdvance(int phase, int registeredParties)方法。此方法有2个作用：
 *  1、当每一个阶段执行完毕，此方法会被自动调用，因此，重载此方法写入的代码会在每个阶段执行完毕时执行，
 *  相当于CyclicBarrier的barrierAction。
 *  2、当此方法返回true时，意味着Phaser被终止，因此可以巧妙的设置此方法的返回值来终止所有线程。
 * @author liujun
 */
public class MyPhaser extends Phaser {
 
	@Override
	protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {	//在每个阶段执行完成后回调的方法
		
		switch (phase) {
		case 0:
			return studentArrived();
		case 1:
			return finishFirstExercise();
		case 2:
			return finishSecondExercise();
		case 3:
			return finishExam();
		default:
			return true;
		}
		
	}
	
	private boolean studentArrived(){
		System.out.println("学生准备好了,学生人数："+getRegisteredParties());
		return false;
	}
	
	private boolean finishFirstExercise(){
		System.out.println("第一题所有学生做完");
		return false;
	}
	
	private boolean finishSecondExercise(){
		System.out.println("第二题所有学生做完");
		return false;
	}
	
	private boolean finishExam(){
		System.out.println("第三题所有学生做完，结束考试");
		return true;
	}
	
}

import java.util.concurrent.Phaser;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
public class StudentTask implements Runnable {
 
	private Phaser phaser;
	
	public StudentTask(Phaser phaser) {
		this.phaser = phaser;
	}
 
	@Override
	public void run() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"到达考试");
		phaser.arriveAndAwaitAdvance();
		
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"做第1题时间...");
		doExercise1();
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"做第1题完成...");
		phaser.arriveAndAwaitAdvance();
		
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"做第2题时间...");
		doExercise2();
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"做第2题完成...");
		phaser.arriveAndAwaitAdvance();
		
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"做第3题时间...");
		doExercise3();
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"做第3题完成...");
		phaser.arriveAndAwaitAdvance();
	}
 
	private void doExercise1() {
		long duration = (long)(Math.random()*10);
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(duration);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	private void doExercise2() {
		long duration = (long)(Math.random()*10);
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(duration);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	private void doExercise3() {
		long duration = (long)(Math.random()*10);
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(duration);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
}
/**
 * 题目：5个学生参加考试，一共有三道题，要求所有学生到齐才能开始考试
 * ，全部做完第一题，才能继续做第二题，后面类似。
 * 
 * Phaser有phase和party两个重要状态，
 * phase表示阶段，party表示每个阶段的线程个数，
 * 只有每个线程都执行了phaser.arriveAndAwaitAdvance();
 * 才会进入下一个阶段，否则阻塞等待。
 * 例如题目中5个学生(线程)都条用phaser.arriveAndAwaitAdvance();就进入下一题
 * @author liujun
 */
public class Main {
 
	public static void main(String[] args) {
		MyPhaser phaser = new MyPhaser();
		StudentTask[] studentTask = new StudentTask[5];
		for (int i = 0; i < studentTask.length; i++) {
			studentTask[i] = new StudentTask(phaser);
			phaser.register();	//注册一次表示phaser维护的线程个数
		}
		
		Thread[] threads = new Thread[studentTask.length];
		for (int i = 0; i < studentTask.length; i++) {
			threads[i] = new Thread(studentTask[i], "Student "+i);//studentTask是Runnable类型的，需要传入Thread才能执行
			threads[i].start();
		}
		
		//等待所有线程执行结束
		for (int i = 0; i < studentTask.length; i++) {
			try {
				threads[i].join();//thread.join()会使得main进程阻塞直至子进程执行完成
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		
		System.out.println("Phaser has finished:"+phaser.isTerminated());
		
	}
	
}

结果

Student 0 到达考试
Student 1 到达考试
Student 4 到达考试
Student 2 到达考试
Student 3 到达考试
学生准备好了 5
Student 2 做第 1 题时间...
Student 0 做第 1 题时间...
Student 1 做第 1 题时间...
Student 4 做第 1 题时间...
Student 3 做第 1 题时间...
Student 2 做第 1 题完成...
Student 3 做第 1 题完成...
Student 1 做第 1 题完成...
Student 0 做第 1 题完成...
Student 4 做第 1 题完成...
第一题所有学生做完
Student 3 做第 2 题时间...
Student 0 做第 2 题时间...
Student 4 做第 2 题时间...
Student 1 做第 2 题时间...
Student 2 做第 2 题时间...
Student 3 做第 2 题完成...
Student 2 做第 2 题完成...
Stud ent 0 做第 2 题完成...
Student 1 做第 2 题完成...
Student 4 做第 2 题完成...
第二题所有学生做完
Student 0 做第 3 题时间...
Student 3 做第 3 题时间...
Student 2 做第 3 题时间...
Student 4 做第 3 题时间...
Student 1 做第 3 题时间...
Student 1 做第 3 题完成...
Student 0 做第 3 题完成...
Student 2 做第 3 题完成...
Student 3 做第 3 题完成...
Student 4 做第 3 题完成...
第三题所有学生做完，结束考试
Phaser has finished:true