Java并发工具类Phaser详解
前言
Phaser(阶段协同器)是一个Java实现的并发工具类,用于协调多个线程的执行。
它提供了一些方便的方法来管理多个阶段的执行,可以让程序员灵活地控制线程的执行顺序和阶段性的执行。
Phaser可以被视为CyclicBarrier和CountDownLatch的进化版,它能够自适应地调整并发线程数,可以动态地增加或减少参与线程的数量。
所以Phaser特别适合使用在重复执行或者重用的情况。
常用API
构造方法
- Phaser(): 参与任务数0
- Phaser(int parties) :指定初始参与任务数
- Phaser(Phaser parent) :指定parent阶段器, 子对象作为一个整体加入parent对象, 当子对象中没有参与者时,会自动从parent对象解除注册
- Phaser(Phaser parent,int parties) : 集合上面两个方法
增减参与任务数方法
- int register() 增加一个任务数,返回当前阶段号。
- int bulkRegister(int parties) 增加指定任务个数,返回当前阶段号。
- int arriveAndDeregister() 减少一个任务数,返回当前阶段号。
到达、等待方法
- int arrive() 到达(任务完成),返回当前阶段号。
- int arriveAndAwaitAdvance() 到达后等待其他任务到达,返回到达阶段号。
- int awaitAdvance(int phase) 在指定阶段等待(必须是当前阶段才有效)
- int awaitAdvanceInterruptibly(int phase) 阶段到达触发动作
- int awaitAdvanceInterruptiBly(int phase,long timeout,TimeUnit unit)
- protected boolean onAdvance(int phase,int registeredParties)类似CyclicBarrier的触发命令,通过重写该方法来增加阶段到达动作,该方法返回true将终结Phaser对象。
Phaser使用
多线程批量处理数据
public class PhaserBatchProcessorDemo { private final List<String> data; private final int batchsize;//一次处理多少数据 private final int threadCount;//处理的线程数 private final Phaser phaser; private final List<String> processedData; public PhaserBatchProcessorDemo(List<String> data,int batchsize,int threadCount){ this.data = data; this.batchsize = batchsize; this.threadCount = threadCount; this.phaser = new Phaser(1); //this.phaser = new Phaser(); this.processedData = new ArrayList<>(); } public void process() throws InterruptedException { for(int i = 0;i<threadCount;i++){ System.out.println("phaser.register():"+phaser.register()); new Thread(new BatchProcessor(i)).start(); Thread.sleep(50); } phaser.arriveAndDeregister();//主线程执行结束 System.out.println("结束"); } private class BatchProcessor implements Runnable{ private final int threadIndex; public BatchProcessor(int threadIndex){this.threadIndex = threadIndex;} @Override public void run() { int index = 0; while(true){ //所有线程都到达这个点之前会阻塞 System.out.println("线程"+threadIndex+"phaser.arriveAndAwaitAdvance1():"); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); //从未处理数据中找到一个可以处理的批次 List<String> batch = new ArrayList<>(); synchronized (data){ while (index < data.size()&&batch.size()<batchsize){ String d = data.get(index); if(!processedData.contains(d)){ batch.add(d); processedData.add(d); } index++; } } //处理数据 for(String d:batch){ System.out.println("线程"+threadIndex+"处理数据"+d); } try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } //所有数据都处理完当前批次之前会阻塞 System.out.println("线程"+threadIndex+"phaser.arriveAndAwaitAdvance2():"); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); //所有线程都处理完当前批次并且未处理数据已经处理完之前会阻塞 if(batch.isEmpty()||index >= data.size()){ System.out.println("线程"+threadIndex+"phaser.arriveAndDeregister()"+phaser.arriveAndDeregister()); break; } } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { List<String> data = new ArrayList<>(); for(int i = 1;i<=15;i++){ data.add(String.valueOf(i)); } PhaserBatchProcessorDemo processor = new PhaserBatchProcessorDemo(data,4,3); processor.process(); } } /** * phaser.register():0 * 线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance1(): * phaser.register():0 * 线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance1(): * phaser.register():0 * 线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance1(): * 结束 * 线程2处理数据9 * 线程2处理数据10 * 线程1处理数据5 * 线程1处理数据6 * 线程1处理数据7 * 线程1处理数据8 * 线程2处理数据11 * 线程2处理数据12 * 线程0处理数据1 * 线程0处理数据2 * 线程0处理数据3 * 线程0处理数据4 * 线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance2(): * 线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance2(): * 线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance2(): * 线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance1(): * 线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance1(): * 线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance1(): * 线程0处理数据13 * 线程0处理数据14 * 线程0处理数据15 * 线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance2(): * 线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance2(): * 线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance2(): * 线程1phaser.arriveAndDeregister()4 * 线程2phaser.arriveAndDeregister()4 * 线程0phaser.arriveAndDeregister()4 */
这里提出一个问题:为什么要给主线程也注册呢?如果不给主线程注册会怎么样呢?
这里就要提及register() 增加任务数量和Phaser()初始化定义任务数量的区别:
register()有一个需要注意的点是,如果主线程执行速度缓慢的话,很有可能在第一个线程已经arrive的时候,第二个线程任务还没增加,导致第一个线程因为parties只有1,而没有阻塞等待就进入下一阶段了。
如果不给主线程注册添加任务,运行结果如下
phaser.register():0
线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance1():
线程0处理数据1
线程0处理数据2
线程0处理数据3
线程0处理数据4
phaser.register():1
线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance1():
phaser.register():1
线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance1():
结束
线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance2():
线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance1():
线程2处理数据5
线程2处理数据6
线程2处理数据7
线程2处理数据8
线程1处理数据9
线程1处理数据10
线程1处理数据11
线程1处理数据12
线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance2():
线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance2():
线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance1():
线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance1():
线程0处理数据13
线程0处理数据14
线程0处理数据15
线程0phaser.arriveAndAwaitAdvance2():
线程0phaser.arriveAndDeregister()4
线程1phaser.arriveAndAwaitAdvance2():
线程2phaser.arriveAndAwaitAdvance2():
线程2phaser.arriveAndDeregister()5
线程1phaser.arriveAndDeregister()5
而Phaser()初始化就定义了parties,会让所有线程都必须到达之前都阻塞才能进入下一阶段。
给主线程也增加一个任务的目的就在于此 如果主线程也有任务,就算主线程执行缓慢,第一个线程也必须阻塞等待主线程在第一阶段之前,把所有线程都start()启动。
阶段性任务:模拟伙伴出游
public class PhaserDemo { public static void main(String[] args) { final Phaser phaser = new Phaser(){ @Override protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) { //参与者数量,去除主线程 int persons = registeredParties - 1; switch (phase){ case 0: System.out.println("大家都到佘山站了,可以出发去佘山了,人数:"+persons); break; case 1: System.out.println("大家都到佘山了,出发去爬山,人数:"+persons); break; case 2: System.out.println("大家都到山顶了,开始休息,人数:"+persons); break; } //判断是否只剩下一个主线程,如果是,返回true,代表终止 return registeredParties ==1; } }; phaser.register(); final PersonTask personTask = new PersonTask(); //3个全程参加的伙伴 for(int i = 0;i<3;i++){ phaser.register(); new Thread(()->{ try{ personTask.step1Task(); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); personTask.step2Task(); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); personTask.step3Task(); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); personTask.step4Task(); phaser.arriveAndDeregister(); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } }).start(); } //两个在山腰半路返回 for(int i = 0;i<2;i++){ phaser.register(); new Thread(()->{ try{ personTask.step1Task(); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); personTask.step2Task(); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); personTask.step3Task(); System.out.println("伙伴【"+Thread.currentThread().getName()+"】中途山腰返回"); phaser.arriveAndDeregister(); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } }).start(); } while (!phaser.isTerminated()) { int phase = phaser.arriveAndAwaitAdvance(); if (phase == 2) { //两个在佘山直接会合 for(int i = 0;i<2;i++){ phaser.register(); new Thread(()->{ try{ System.out.println("伙伴【"+Thread.currentThread().getName()+"】中途加入"); personTask.step3Task(); phaser.arriveAndAwaitAdvance(); personTask.step4Task(); phaser.arriveAndDeregister(); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } }).start(); } } } } static final Random random = new Random(); static class PersonTask{ public void step1Task() throws InterruptedException { String person = "伙伴【"+Thread.currentThread().getName()+"】"; System.out.println(person+"从家出发了......"); Thread.sleep(random.nextInt(5000)); System.out.println(person+"到达佘山站"); } public void step2Task() throws InterruptedException { String person = "伙伴【"+Thread.currentThread().getName()+"】"; System.out.println(person+"出发去佘山"); Thread.sleep(random.nextInt(5000)); System.out.println(person+"到达佘山"); } public void step3Task() throws InterruptedException { String person = "伙伴【"+Thread.currentThread().getName()+"】"; System.out.println(person+"出发去爬山"); Thread.sleep(random.nextInt(5000)); System.out.println(person+"到达山顶"); } public void step4Task() throws InterruptedException { String person = "伙伴【"+Thread.currentThread().getName()+"】"; System.out.println(person+"开始休息"); Thread.sleep(random.nextInt(5000)); System.out.println(person+"休息结束,下山回家"); } } } /** * 伙伴【Thread-3】从家出发了...... * 伙伴【Thread-1】从家出发了...... * 伙伴【Thread-2】从家出发了...... * 伙伴【Thread-4】从家出发了...... * 伙伴【Thread-0】从家出发了...... * 伙伴【Thread-1】到达佘山站 * 伙伴【Thread-4】到达佘山站 * 伙伴【Thread-3】到达佘山站 * 伙伴【Thread-0】到达佘山站 * 伙伴【Thread-2】到达佘山站 * 大家都到佘山站了,可以出发去佘山了,人数:5 * 伙伴【Thread-3】出发去佘山 * 伙伴【Thread-2】出发去佘山 * 伙伴【Thread-4】出发去佘山 * 伙伴【Thread-1】出发去佘山 * 伙伴【Thread-0】出发去佘山 * 伙伴【Thread-1】到达佘山 * 伙伴【Thread-4】到达佘山 * 伙伴【Thread-3】到达佘山 * 伙伴【Thread-0】到达佘山 * 伙伴【Thread-2】到达佘山 * 大家都到佘山了,出发去爬山,人数:5 * 伙伴【Thread-1】出发去爬山 * 伙伴【Thread-4】出发去爬山 * 伙伴【Thread-0】出发去爬山 * 伙伴【Thread-2】出发去爬山 * 伙伴【Thread-3】出发去爬山 * 伙伴【Thread-6】中途加入 * 伙伴【Thread-6】出发去爬山 * 伙伴【Thread-5】中途加入 * 伙伴【Thread-5】出发去爬山 * 伙伴【Thread-2】到达山顶 * 伙伴【Thread-5】到达山顶 * 伙伴【Thread-0】到达山顶 * 伙伴【Thread-4】到达山顶 * 伙伴【Thread-4】中途山腰返回 * 伙伴【Thread-6】到达山顶 * 伙伴【Thread-3】到达山顶 * 伙伴【Thread-3】中途山腰返回 * 伙伴【Thread-1】到达山顶 * 大家都到山顶了,开始休息,人数:5 * 伙伴【Thread-5】开始休息 * 伙伴【Thread-2】开始休息 * 伙伴【Thread-6】开始休息 * 伙伴【Thread-0】开始休息 * 伙伴【Thread-1】开始休息 * 伙伴【Thread-2】休息结束,下山回家 * 伙伴【Thread-0】休息结束,下山回家 * 伙伴【Thread-1】休息结束,下山回家 * 伙伴【Thread-5】休息结束,下山回家 * 伙伴【Thread-6】休息结束,下山回家 */
应用场景总结
以下是一些常见的 Phaser 应用场景:
- 多线程任务分配:Phaser 可以用于将复杂的任务分配给多个线程执行,并协调线程间的合作。
- 多级任务流程:Phaser 可以用于实现多级任务流程,在每一级任务完成后触发下一级任务的开始。
- 模拟并行计算:Phaser 可以用于模拟并行计算,协调多个线程间的工作。
- 阶段性任务:Phaser 可以用于实现阶段性任务,在每一阶段任务完成后触发下一阶段任务的开始。
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