《java.util.concurrent 包源码阅读》27 Phaser 第一部分
Phaser是JDK7新添加的线程同步辅助类，作用同CyclicBarrier，CountDownLatch类似，但是使用起来更加灵活：
1. Parties是动态的。
2. Phaser支持树状结构，即Phaser可以有一个父Phaser。
Phaser的构造函数涉及到两个参数：父Phaser和初始的parties，因此提供了4个构造函数：
public Phaser(); public Phaser(int parties); public Phaser(Phaser parent); public Phaser(Phaser parent, int parties);
因为Phaser的特色在在于动态的parties，因此首先来看动态更新parties是如何实现的。
Phaser提供了两个方法：register和bulkRegister，前者会添加一个需要同步的线程，后者会添加parties个需要同步的线程。
public int register() { return doRegister(1); } // 增加了参数的检查 public int bulkRegister(int parties) { if (parties < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (parties == 0) return getPhase(); return doRegister(parties); }
两个方法都调用了doRegister方法，因此接下来就来看看doRegister方法。
在分析doRegister之前先来说说Phaser的成员变量：state，它存储了Phaser的状态信息：
private volatile long state;
1. state的最高位是一个标志位，1表示Phaser的线程同步已经结束，0表示线程同步正在进行
2. state的低32位中，低16位表示没有到达的线程数量，高16位表示Parties值
3. state的高32位除了最高位之外的其他31位表示的Phaser的phase，可以理解为第多少次同步（从0开始计算）。
介绍完了state，来看方法doRegister：
private int doRegister(int registrations) { // 把registrations值同时加到parties值和还未达到的线程数量中去 long adj = ((long)registrations << PARTIES_SHIFT) | registrations; final Phaser parent = this.parent; int phase; for (;;) { long s = state; int counts = (int)s; int parties = counts >>> PARTIES_SHIFT; int unarrived = counts & UNARRIVED_MASK; // 超过了允许的最大parties if (registrations > MAX_PARTIES - parties) throw new IllegalStateException(badRegister(s)); // 最高位为1，表示Phaser的线程同步已经结束 else if ((phase = (int)(s >>> PHASE_SHIFT)) < 0) break; // Phaser中的parties不是0 else if (counts != EMPTY) { // 如果当前Phaser没有父Phaser，或者如果有父Phaser， // 刷新自己的state值，如果刷新后的state没有变化。 // 这里刷新子Phaser的原因在于，会出现父Phaser已经进入下一个phase // 而子Phaser却没有及时进入下一个phase的延迟现象 if (parent == null || reconcileState() == s) { // 如果所有线程都到达了，等待Phaser进入下一次同步开始 if (unarrived == 0) root.internalAwaitAdvance(phase, null); // 更新state成功，跳出循环完成注册 else if (UNSAFE.compareAndSwapLong(this, stateOffset, s, s + adj)) break; } } // 第一次注册，且不是子Phaser else if (parent == null) { // 更新当前Phaser的state值成功则完成注册 long next = ((long)phase << PHASE_SHIFT) | adj; if (UNSAFE.compareAndSwapLong(this, stateOffset, s, next)) break; } // 第一次注册到子Phaser else { // 锁定当前Phaser对象 synchronized (this) { // 再次检查state值，确保没有被更新 if (state == s) { // 注册到父Phaser中去 parent.doRegister(1); do { // 获取当前phase值 phase = (int)(root.state >>> PHASE_SHIFT); } while (!UNSAFE.compareAndSwapLong (this, stateOffset, state, ((long)phase << PHASE_SHIFT) | adj));// 更新当前Phaser的state值 break; } } } } return phase; }
看完了注册，那么来看同步操作的arrive，这里也涉及到两个方法：arrive和arriveAndDeregister，前者会等待其他线程的到达，后者则会立刻返回：
public int arrive() { return doArrive(false); } public int arriveAndDeregister() { return doArrive(true); }
两个方法都调用了doArrive方法，区别在于参数一个是false，一个是true。那么来看doArrive：
private int doArrive(boolean deregister) { // arrive需要把未到达的线程数减去1， // deregister为true，需要把parties值也减去1 int adj = deregister ? ONE_ARRIVAL|ONE_PARTY : ONE_ARRIVAL; final Phaser root = this.root; for (;;) { // 如果是有父Phaser，首先刷新自己的state long s = (root == this) ? state : reconcileState(); int phase = (int)(s >>> PHASE_SHIFT); int counts = (int)s; int unarrived = (counts & UNARRIVED_MASK) - 1; // 最高位为1，表示同步已经结束，返回phase值 if (phase < 0) return phase; // 如果parties为0或者在此次arrive之前所有线程到达 else if (counts == EMPTY || unarrived < 0) { // 对于非子Phaser来说，上述情况的arrive肯定是非法的 // 对于子Phaser首先刷新一下状态再做检查 if (root == this || reconcileState() == s) throw new IllegalStateException(badArrive(s)); } // 正常情况下，首先更新state else if (UNSAFE.compareAndSwapLong(this, stateOffset, s, s-=adj)) { // 所有线程都已经到达 if (unarrived == 0) { // 计算parties作为下一个phase的未到达的parties long n = s & PARTIES_MASK; int nextUnarrived = (int)n >>> PARTIES_SHIFT; // 调用父Phaser的doArrive if (root != this) // 如果下一个phase的未到达的parties为0，则需要向 // 父Phaser取消注册 return parent.doArrive(nextUnarrived == 0); // 正在进入下一个Phase，默认的实现是nextUnarrived为0 // 表示正在进入下一个Phase，因为下一个phase的parties // 为0，需要等待parties不为0 if (onAdvance(phase, nextUnarrived)) // 正在等待下一个phase，设置状态为终止 n |= TERMINATION_BIT; else if (nextUnarrived == 0) // 下一个phase的parties为0，更新未到达的parties的值 n |= EMPTY; else // 更新下一个phase的未到达的parties的值 n |= nextUnarrived; // phase值加1 n |= (long)((phase + 1) & MAX_PHASE) << PHASE_SHIFT; // 更新state值 UNSAFE.compareAndSwapLong(this, stateOffset, s, n); // 唤醒等待的线程 releaseWaiters(phase); } return phase; } } }
关于arrive还有一个方法：arriveAndAwaitAdvance。这个方法会等到下一个phase开始再返回，相等于doArrive方法添加了awaitAdvance方法的功能。基本逻辑和上面说的doArrive方法类似：
public int arriveAndAwaitAdvance() { final Phaser root = this.root; for (;;) { long s = (root == this) ? state : reconcileState(); int phase = (int)(s >>> PHASE_SHIFT); int counts = (int)s; int unarrived = (counts & UNARRIVED_MASK) - 1; if (phase < 0) return phase; else if (counts == EMPTY || unarrived < 0) { // 对于非子Phaser来说，因为可以等待下一个phase， // 所以不是非法arrive if (reconcileState() == s) throw new IllegalStateException(badArrive(s)); } else if (UNSAFE.compareAndSwapLong(this, stateOffset, s, s -= ONE_ARRIVAL)) { // 还有其他线程没有达到，就会等待直到下一个phase开始 if (unarrived != 0) return root.internalAwaitAdvance(phase, null); if (root != this) return parent.arriveAndAwaitAdvance(); long n = s & PARTIES_MASK; // base of next state int nextUnarrived = (int)n >>> PARTIES_SHIFT; if (onAdvance(phase, nextUnarrived)) n |= TERMINATION_BIT; else if (nextUnarrived == 0) n |= EMPTY; else n |= nextUnarrived; int nextPhase = (phase + 1) & MAX_PHASE; n |= (long)nextPhase << PHASE_SHIFT; if (!UNSAFE.compareAndSwapLong(this, stateOffset, s, n)) return (int)(state >>> PHASE_SHIFT); releaseWaiters(phase); return nextPhase; } } }
这一部分主要讲了Phaser的动态更新parties以及线程的arrive，下一部分将会分析线程等待的实现。
