Java并发编程——Exchanger

1. 简介1.1 概述

前面已经介绍SyclicBarrier、CountDownLatch、Semaphore三个并发编程中的工具类，还剩下最后一个Exchanger。Exchanger（交换者）是一个用于线程间数据交换协作的工具类。它提供一个同步点，在这个同步点多个线程间两两之间线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据， 如果第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

1.2 Api接口

查阅Exchanger的源码，可以发现给我们提供的公共方法只有三个。

Exchanger()：无参构造方法

exchange(V)：exchange方法用于交互数据V

exchange(V,long,TimeUnit)：延迟一定时间交换数据

Exchanger源码简洁，但是它的设计思想还是比较复杂的。CyclicBarrier、CountDownLatch通过借助AbstractQueuedSynchronized的state字段进行“临界点”的标识，Exchanger是如何实现"临界点"的判断呢？

1.3 实例演示

创建连个线程，进行内部数据交换。

运行结果：

在两个线程中分别调用exchange方法进行数据的交换，当第二个线程调用exchange方法的时候，数据进行交换。

2. 源码解析

Exchanger是一个用于成对线程之间交换数据的同步器。主要用于遗传算法和管道通讯等两两交换比对的场景。

内部结构：

一个无参的构造方法，用于创建一个Exchanger实例。内部结构很清晰，首先内部包含一个Slot数组，默认容量是32，用来避免以一些竞争，有点类似于ConcurrentHashMap的策略；其次，交换数据的场所就是Slot，它本身进行了cache line填充，避免了伪共享问题；最后，每个要进行数据交换的线程在内部会用一个Node来表示。

关键技术点1：CacheLine填充

在上面的代码中，Slot其实就是一个AtomicReference，其里面的q0, q1,..qd那些变量，都是多余的，不用的。那为什么要添加这些多余的变量呢？

是为了让不同的Slot不要落在cpu的同一个CacheLine里面。因为cpu从内存读取数据的时候，不是一个字节一个字节的读，而是按块读取，这里的块也就是“CacheLine”，一般一个CacheLine大小是64Byte。

保证一个Slot的大小 >= 64Byte，这样更改一个Slot，就不会导致另外一个Slot的cpu cache失效，从而提高性能。

通过前面示例，我们知道Exchanger类最核心的是exchange方法。

如果当前线程没有被interrupted，则调用doExchange方法进行数据交换。

所以，exchange的思路是：

根据每个线程的thread id, hash计算出自己所在的slot index；

如果运气好，这个slot被人占着（slot里面有node)，并且有人正在等待交换，那就和它进行交换；

slot为空的(slot里面没有node)，自己占着，等人交换。没人交换，向前挪个位置，把当前slot里面内容取消，index减半，再看有没有交换；

挪到0这个位置，还没有人交互，那就阻塞，一直等着。别的线程，也会一直挪动，直到0这个位置。

所以0这个位置，是一个交易的“终结点”位置！别的位置上找不到人交易，最后都会到0这个位置。

至此，整个逻辑梳理完毕。

参考阅读

http://blog.csdn.net/chunlongyu/article/details/52504895

http://brokendreams.iteye.com/blog/2253956