摘要：用Phaser替代CyclicBarrier和CountDownLatch从JDK7开始，新增了一个同步工具类Phaser，其功能比CyclicBarrier和CountDownLatch更加强大。

用Phaser替代CyclicBarrier和CountDownLatch从JDK7开始，新增了一个同步工具类Phaser，其功能比CyclicBarrier和CountDownLatch更加强大。

1.用Phaser替代CountDownLatch

考虑讲CountDownLatch时的例子，1个主线程要等10个worker线程完成之后，才能做接下来的事情，也可以用Phaser来实现此功能。在CountDownLatch中，主要是2个函数：await和countDown，在Phaser中，与之相对应的函数是awaitAdance（int n）和arrive。

2.用Phaser替代CyclicBarrier

考虑前面讲CyclicBarrier时，10个工程师去公司应聘的例子，也可以用Phaser实现，代码基本类似。

arriveAndAwaitAdance就是 arrive与 awaitAdvance（int）的组合，表示“我自己已到达这个同步点，同时要等待所有人都到达这个同步点，然后再一起前行”。

4.5.2 Phaser新特性

特性1：动态调整线程个数

CyclicBarrier 所要同步的线程个数是在构造函数中指定的，之后不能更改，而 Phaser 可以在运行期间动态地调整要同步的线程个数。Phaser 提供了下面这些函数来增加、减少所要同步的线程个数。

特性2：层次Phaser

多个Phaser可以组成如图4-7所示的树状结构，可以通过在构造函数中传入父Phaser来实现。

图4-7 树状的Phaser

先简单看一下Phaser内部关于树状结构的存储，如下面代码所示。

可以发现，在Phaser的内部结构中，每个Phaser记录了自己的父节点，但并没有记录自己的子节点列表。所以，每个 Phaser 知道自己的父节点是谁，但父节点并不知道自己有多少个子节点，对父节点的操作，是通过子节点来实现的。

树状的Phaser怎么使用呢？考虑如下代码，会组成如图4-8所示的树状Phaser。

图4-8 代码组成的树状Phaser

本来root有两个参与者，然后为其加入了两个子Phaser（c1，c2），每个子Phaser会算作1个参与者，root的参与者就变成2+2=4个。

c1本来有3个参与者，为其加入了一个子Phaser c3，参与者数量变成3+1=4个。c3的参与者初始为0，后续可以通过调用register函数加入。对于树状Phaser上的每个节点来说，可以当作一个独立的Phaser来看待，其运作机制和一个单独的Phaser是一样的。具体来讲：父Phaser并不用感知子Phaser的存在，当子Phaser中注册的参与者数量大于0时，会把自己向父节点注册；当子Phaser中注册的参与者数量等于0时，会自动向父节点解注册。父Phaser把子Phaser当作一个正常参与的线程就可以了。

4.5.3 state变量解析

大致了解了Phaser的用法和新特性之后，下面仔细剖析其实现原理。Phaser没有基于AQS来实现，但具备AQS的核心特性：state变量、CAS操作、阻塞队列。先从state变量说起。

这个64位的state变量被拆成4部分，如图4-9所示为state变量各部分表示的意思。

图4-9 state变量各部分表示的意思

最高位0表示未同步完成，1表示同步完成，初始最高位为0。

Phaser提供了一系列的成员函数来从state中获取图4-9中的几个数字，如下所示。

下面再看一下state变量在构造函数中是如何被赋值的：

当parties=0时，state被赋予一个EMPTY常量，常量为1；

当parties！=0时，把phase值左移32位；把parties左移16位；然后parties也作为最低的16位，3个值做或操作，赋值给state。这个赋值操作也反映了图4-9的意思。

4.5.4 阻塞与唤醒（Treiber Stack）

基于上述的state变量，对其执行CAS操作，并进行相应的阻塞与唤醒。如图4-10所示，右边的主线程会调用awaitAdvance进行阻塞；左边的arrive会对state进行CAS的累减操作，当未到达的线程数减到0时，唤醒右边阻塞的主线程。

图4-10 基于state的CAS的阻塞与唤醒示意图

在这里，阻塞使用的是一个称为Treiber Stack的数据结构，而不是AQS的双向链表。Treiber Stack是一个无锁的栈，由R.Kent Treiber在其于1986年发表的论文Systems Programming：Coping with Parallelism 中首次提出。它是一个单向链表，出栈、入栈都在链表头部，所以只需要一个head指针，而不需要tail指针。实现代码如下所示。

为了减少并发冲突，这里定义了2个链表，也就是2个Treiber Stack。当phase为奇数轮的时候，阻塞线程放在oddQ里面；当phase为偶数轮的时候，阻塞线程放在evenQ里面。代码如下所示。

4.5.5 arrive函数分析

下面看arrive函数是如何对state变量进行操作，又是如何唤醒线程的。

arrive和 arriveAndDeregister内部调用的都是 doArrive（boolean）函数。区别在于前者只是把“未达到线程数”减1；后者则把“未到达线程数”和“下一轮的总线程数”都减1。下面看一下doArrive（boolean）函数的实现。

关于上面的函数，有以下几点说明：

（1）定义了2个常量如下。当 deregister=false 时，只最低的16位需要减 1，adj=ONE_ARRIVAL；当deregister=true时，低32位中的2个16位都需要减1，adj=ONE_ARRIVAL|ONE_PARTY。

（2）把未到达线程数减1。减了之后，如果还未到0，什么都不做，直接返回。如果到0，会做2件事情：第1，重置state，把state的未到达线程个数重置到总的注册的线程数中，同时phase加1；第2，唤醒队列中的线程。

下面看一下唤醒函数：

遍历整个栈，只要栈当中节点的phase不等于当前Phaser的phase，说明该节点不是当前轮的，而是前一轮的，应该被释放并唤醒。

接下来看一下线程是如何被阻塞的。

4.5.6 awaitAdvance函数分析

这里调用了ForkJoinPool.managedBlock（ManagedBlocker blocker）函数，目的是把node对应的线程阻塞。ManagerdBlocker是ForkJoinPool里面的一个接口，定义如下：

QNode实现了该接口，实现原理还是park，如下所示。之所以没有直接使用park/unpark来实现阻塞、唤醒，而是封装了ManagedBlocker这一层，主要是出于使用上的方便考虑。一方面是park可能被中断唤醒，另一方面是带超时时间的park，把这二者都封装在一起。

理解了arrive和awaitAdvance，arriveAndAwaitAdvance就是二者的一个组合版本，此处不再展开分析。

来源：小羊论科技