CyclicBarrier、CountDownLatch、Phaser

前言：

CyclicBarrier不能感知还有多少线程，不需要计数，批量等待

CountDownLatch实时监控还要多少线程，实时计算

Phaser 支持动态调整注册任务的数量(动态的增加删除)

一、CyclicBarrier

是一个同步辅助类，它允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。在涉及一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须不时地互相等待，此时 CyclicBarrier 很有用。因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环 的 barrier。

　　CyclicBarrier类似于CountDownLatch也是个计数器， 不同的是CyclicBarrier数的是调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数， 当线程数达到了CyclicBarrier初始时规定的数目时，所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。 CyclicBarrier就象它名字的意思一样，可看成是个障碍， 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。 CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数，此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行。

1.  CyclicBarrier初始化时规定一个数目，然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时，所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。 
2.  CyclicBarrier就象它名字的意思一样，可看成是个障碍， 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。 
3.  CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数， 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行
   

二、CountDownLatch

CountDownLatch的一个非常典型的应用场景是：有一个任务想要往下执行，但必须要等到其他的任务执行完毕后才可以继续往下执行。假如我们这个想要继续往下执行的任务调用一个CountDownLatch对象的await()方法，其他的任务执行完自己的任务后调用同一个CountDownLatch对象上的countDown()方法，这个调用await()方法的任务将一直阻塞等待，直到这个CountDownLatch对象的计数值减到0为止。

CountDownLatch类有3个基本元素：

1. 初始值决定CountDownLatch类需要等待的事件的数量。
2. await() 方法, 被等待全部事件终结的线程调用。
3. countDown() 方法，事件在结束执行后调用。

当创建 CountDownLatch 对象时，对象使用构造函数的参数来初始化内部计数器。每次调用 countDown() 方法, CountDownLatch 对象内部计数器减一。当内部计数器达到0时， CountDownLatch 对象唤醒全部使用 await() 方法睡眠的线程们。

不可能重新初始化或者修改CountDownLatch对象的内部计数器的值。一旦计数器的值初始后，唯一可以修改它的方法就是之前用的 countDown() 方法。当计数器到达0时， 全部调用 await() 方法会立刻返回，接下来任何countDown() 方法的调用都将不会造成任何影响。

此方法与其他同步方法有这些不同：

CountDownLatch 机制不是用来保护共享资源或者临界区。它是用来同步一个或者多个执行多个任务的线程。它只能使用一次。像之前解说的，一旦CountDownLatch的计数器到达0，任何对它的方法的调用都是无效的。如果你想再次同步，你必须创建新的对象。

有时候会有这样的需求，多个线程同时工作，然后其中几个可以随意并发执行，但有一个线程需要等其他线程工作结束后，才能开始。举个例子，开启多个线程分块下载一个大文件，每个线程只下载固定的一截，最后由另外一个线程来拼接所有的分段，那么这时候我们可以考虑使用CountDownLatch来控制并发。

    CountDownLatch是JAVA提供在java.util.concurrent包下的一个辅助类，可以把它看成是一个计数器，其内部维护着一个count计数，只不过对这个计数器的操作都是原子操作，同时只能有一个线程去操作这个计数器，CountDownLatch通过构造函数传入一个初始计数值，调用者可以通过调用CounDownLatch对象的cutDown()方法，来使计数减1；如果调用对象上的await()方法，那么调用者就会一直阻塞在这里，直到别人通过cutDown方法，将计数减到0，才可以继续执行。

三、Phaser

1 Overview

   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。

 

2 Glossary

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

         Phaser是一个灵活的线程同步工具，他包含了CyclicBarrier和CountDownLatch的相关功能

       首先，来看一下如何用Phaser替代CountDownLatch。对于CountDownLatch而言，有2个重要的方法，一个是await()方法，可以使线程进入等待状态，在Phaser中，与之对应的方法是awaitAdvance(int n)。CountDownLatch中另一个重要的方法是countDown()，使计数器减一，当计数器为0时所有等待的线程开始执行，在Phaser中，与之对应的方法是arrive()。

      用Phaser替代CyclicBarrier更简单，CyclicBarrier的await()方法可以直接用Phaser的arriveAndAwaitAdvance()方法替代。

           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。例如：若此方法返回值为 phase>=3，其含义为当整个线程执行了4个阶段后，程序终止

Phaser主要接口分析

Phaser主要接口如下

• arriveAndAwaitAdvance() 当前线程当前阶段执行完毕，等待其它线程完成当前阶段。如果当前线程是该阶段最后一个未到达的，则该方法直接返回下一个阶段的序号（阶段序号从0开始），同时其它线程的该方法也返回下一个阶段的序号。
• arriveAndDeregister() 该方法立即返回下一阶段的序号，并且其它线程需要等待的个数减一，并且把当前线程从之后需要等待的成员中移除。如果该Phaser是另外一个Phaser的子Phaser（层次化Phaser会在后文中讲到），并且该操作导致当前Phaser的成员数为0，则该操作也会将当前Phaser从其父Phaser中移除。
• arrive() 该方法不作任何等待，直接返回下一阶段的序号。
• awaitAdvance(int phase) 该方法等待某一阶段执行完毕。如果当前阶段不等于指定的阶段或者该Phaser已经被终止，则立即返回。该阶段数一般由arrive()方法或者arriveAndDeregister()方法返回。返回下一阶段的序号，或者返回参数指定的值（如果该参数为负数），或者直接返回当前阶段序号（如果当前Phaser已经被终止）。
• awaitAdvanceInterruptibly(int phase) 效果与awaitAdvance(int phase)相当，唯一的不同在于若该线程在该方法等待时被中断，则该方法抛出InterruptedException。
• awaitAdvanceInterruptibly(int phase, long timeout, TimeUnit unit) 效果与awaitAdvanceInterruptibly(int phase)相当，区别在于如果超时则抛出TimeoutException。
• bulkRegister(int parties) 注册多个party。如果当前phaser已经被终止，则该方法无效，并返回负数。如果调用该方法时，onAdvance方法正在执行，则该方法等待其执行完毕。如果该Phaser有父Phaser则指定的party数大于0，且之前该Phaser的party数为0，那么该Phaser会被注册到其父Phaser中。
• forceTermination() 强制让该Phaser进入终止状态。已经注册的party数不受影响。如果该Phaser有子Phaser，则其所有的子Phaser均进入终止状态。如果该Phaser已经处于终止状态，该方法调用不造成任何影响。