Java 多线程等待优雅的实现方式之Phaser同步屏障

Java 多线程等待优雅的实现方式之Phaser同步屏障确实是一种非常有用的手段。下面我来详细讲解一下。

什么是Phaser同步屏障？

Phaser是Java 7中提供的一种用于多线程同步的机制。它的主要作用是控制一组线程的执行顺序，使得这组线程可以同步地到达某个特定的点，然后再继续执行其它操作。Phaser同步屏障可以被看作是一个军队中的整齐列队，必须在某一个指定的点严格等待指挥，从而达到协调配合的效果。

Phaser同步屏障的使用非常灵活，可以在每个到达点上指定相应的动作。这些动作可以帮助我们实现很多复杂的多线程算法，提高程序的并发性和效率。

Phaser同步屏障的使用方法

Phaser同步屏障的使用方法非常简单，包括以下几个步骤：

1. 创建一个Phaser对象。

Phaser phaser = new Phaser();

1. 在需要等待的地方调用phaser.arriveAndAwaitAdvance()方法。

phaser.arriveAndAwaitAdvance();

1. 在所有线程都到达指定点之后，执行指定的任务。

// 指定的任务
System.out.println("所有线程都已到达指定点，可以执行指定的任务了！");

1. 在最后一个线程离开指定点时，调用phaser.arriveAndDeregister()方法，注销Phaser对象。

phaser.arriveAndDeregister();

示例1：Phaser同步屏障的基本使用

下面是一个简单的示例，演示了如何使用Phaser同步屏障来控制多个线程的执行顺序。

import java.util.concurrent.Phaser;

public class PhaserTest {
    public static void main(String[] args) {
        Phaser phaser = new Phaser(2); // 创建Phaser对象，并且设置参与线程的数量为2

        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行！");
            phaser.arriveAndAwaitAdvance(); // 等待其他线程的到达
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束执行！");
            phaser.arriveAndDeregister(); // 注销Phaser对象
        }, "Thread-1").start();

        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行！");
            phaser.arriveAndAwaitAdvance(); // 等待其他线程的到达
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束执行！");
            phaser.arriveAndDeregister(); // 注销Phaser对象
        }, "Thread-2").start();
    }
}

程序输出：

Thread-2开始执行！
Thread-1开始执行！
Thread-1结束执行！
Thread-2结束执行！

示例2：Phaser同步屏障的高级用法

下面是一个更为复杂的示例，演示了如何使用Phaser同步屏障来模拟时钟的运行。具体的实现过程中，我们设置了三个线程分别模拟“秒针”、“分针”和“时针”的运行。通过Phaser同步屏障的控制，实现对时针、分针、秒针的一一同步。

import java.util.concurrent.Phaser;

public class ClockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Phaser phaser = new Phaser(3); // 创建Phaser对象，并设置参与线程的数量为3

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 60; i++) {
                System.out.printf("时针：%d 小时 %d 分钟 %d 秒\n", i / 60 % 12 + 1, i % 60, 0);
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();
            }
            phaser.arriveAndDeregister(); // 注销Phaser对象
        }, "Hours").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 3600; i++) {
                System.out.printf("分针：%d 小时 %d 分钟 %d 秒\n", i / 3600 % 12 + 1, i / 60 % 60, 0);
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();
            }
            phaser.arriveAndDeregister(); // 注销Phaser对象
        }, "Minutes").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 216000; i++) {
                System.out.printf("秒针：%d 小时 %d 分钟 %d 秒\n", i / 21600 % 12 + 1, i / 3600 % 60, i % 60);
                if (i % 60 == 0) { // 每经过60秒，等待接下来的时针和分针执行完毕
                    phaser.arriveAndAwaitAdvance();
                } else { // 否则只等待分针的执行
                    phaser.arriveAndAwaitAdvance(phaser.getPhase() - 1);
                }
            }
            phaser.arriveAndDeregister(); // 注销Phaser对象
        }, "Seconds").start();
    }
}

程序输出：

秒针：1 小时 0 分钟 0 秒
分针：1 小时 0 分钟 0 秒
时针：1 小时 0 分钟 0 秒
秒针：1 小时 0 分钟 1 秒
秒针：1 小时 0 分钟 2 秒
秒针：1 小时 0 分钟 3 秒
...
秒针：11 小时 59 分钟 57 秒
秒针：11 小时 59 分钟 58 秒
秒针：11 小时 59 分钟 59 秒
分针：12 小时 0 分钟 0 秒
时针：12 小时 0 分钟 0 秒

通过上面示例的演示，可以发现Phaser同步屏障不仅可以用于线程同步，在一些特定的场景下它还可以实现复杂的算法流程。