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设计及设计模式--java多线程设计模式

 java语言已经内置了多线程支持,所有实现runnable接口的类都可被启动一个新线程,新线程会执行该实例的run()方法,当run()方法执行完毕后,线程就结束了。一旦一个线程执行完毕,这个实例就不能再重新启动,只能重新生成一个新实例,再启动一个新线程。

thread类是实现了runnable接口的一个实例,它代表一个线程的实例,并且,启动线程的唯一方法就是通过thread类的start()实例方法:

thread t = new thread();
t.start();

start()方法是一个native方法,它将启动一个新线程,并执行run()方法。thread类默认的run()方法什么也不做就退出了。注意:直接调用run()方法并不会启动一个新线程,它和调用一个普通的java方法没有什么区别。

因此,有两个方法可以实现自己的线程:

方法1:自己的类extend thread,并复写run()方法,就可以启动新线程并执行自己定义的run()方法。例如:

public class mythread extends thread {
    public run() {
        system.out.println("mythread.run()");
    }
}

在合适的地方启动线程:new mythread().start();

方法2:如果自己的类已经extends另一个类,就无法直接extends thread,此时,必须实现一个runnable接口:

public class mythread extends otherclass implements runnable {
    public run() {
        system.out.println("mythread.run()");
    }
}

为了启动mythread,需要首先实例化一个thread,并传入自己的mythread实例:

mythread myt = new mythread();
thread t = new thread(myt);
t.start();

事实上,当传入一个runnable target参数给thread后,thread的run()方法就会调用target.run(),参考jdk源代码:

public void run() {
    if (target != null) {
        target.run();
    }
}

线程还有一些name, threadgroup, isdaemon等设置,由于和线程设计模式关联很少,这里就不多说了。


由于同一进程内的多个线程共享内存空间,在java中,就是共享实例,当多个线程试图同时修改某个实例的内容时,就会造成冲突,因此,线程必须实现共享互斥,使多线程同步。

最简单的同步是将一个方法标记为synchronized,对同一个实例来说,任一时刻只能有一个synchronized方法在执行。当一个方法正在执行某个synchronized方法时,其他线程如果想要执行这个实例的任意一个synchronized方法,都必须等待当前执行 synchronized方法的线程退出此方法后,才能依次执行。

但是,非synchronized方法不受影响,不管当前有没有执行synchronized方法,非synchronized方法都可以被多个线程同时执行。

此外,必须注意,只有同一实例的synchronized方法同一时间只能被一个线程执行,不同实例的synchronized方法是可以并发的。例如,class a定义了synchronized方法sync(),则不同实例a1.sync()和a2.sync()可以同时由两个线程来执行。


多线程同步的实现最终依赖锁机制。我们可以想象某一共享资源是一间屋子,每个人都是一个线程。当a希望进入房间时,他必须获得门锁,一旦a获得门锁,他进去后就立刻将门锁上,于是b,c,d...就不得不在门外等待,直到a释放锁出来后,b,c,d...中的某一人抢到了该锁(具体抢法依赖于 jvm的实现,可以先到先得,也可以随机挑选),然后进屋又将门锁上。这样,任一时刻最多有一人在屋内(使用共享资源)。

java语言规范内置了对多线程的支持。对于java程序来说,每一个对象实例都有一把“锁”,一旦某个线程获得了该锁,别的线程如果希望获得该锁,只能等待这个线程释放锁之后。获得锁的方法只有一个,就是synchronized关键字。例如:

public class sharedresource {
    private int count = 0;

    public int getcount() { return count; }

    public synchronized void setcount(int count) { this.count = count; }

}

同步方法public synchronized void setcount(int count) { this.count = count; } 事实上相当于:

public void setcount(int count) {
    synchronized(this) { // 在此获得this锁
         this.count = count;
    } // 在此释放this锁
}

红色部分表示需要同步的代码段,该区域为“危险区域”,如果两个以上的线程同时执行,会引发冲突,因此,要更改sharedresource的内部状态,必须先获得sharedresource实例的锁。

退出synchronized块时,线程拥有的锁自动释放,于是,别的线程又可以获取该锁了。

为了提高性能,不一定要锁定this,例如,sharedresource有两个独立变化的变量:

public class sharedresouce {
    private int a = 0;
    private int b = 0;

    public synchronized void seta(int a) { this.a = a; }

    public synchronized void setb(int b) { this.b = b; }
}

若同步整个方法,则seta()的时候无法setb(),setb()时无法seta()。为了提高性能,可以使用不同对象的锁:

public class sharedresouce {
    private int a = 0;
    private int b = 0;
    private object sync_a = new object();
    private object sync_b = new object();

    public void seta(int a) {
        synchronized(sync_a) {
            this.a = a;
        }
    }

    public synchronized void setb(int b) {
        synchronized(sync_b) {
            this.b = b;
        }
    }
}


通常,多线程之间需要协调工作。例如,浏览器的一个显示图片的线程displaythread想要执行显示图片的任务,必须等待下载线程 downloadthread将该图片下载完毕。如果图片还没有下载完,displaythread可以暂停,当downloadthread完成了任务后,再通知displaythread“图片准备完毕,可以显示了”,这时,displaythread继续执行。

以上逻辑简单的说就是:如果条件不满足,则等待。当条件满足时,等待该条件的线程将被唤醒。在java中,这个机制的实现依赖于wait/notify。等待机制与锁机制是密切关联的。例如:

synchronized(obj) {
    while(!condition) {
        obj.wait();
    }
    obj.dosomething();
}

当线程a获得了obj锁后,发现条件condition不满足,无法继续下一处理,于是线程a就wait()。

在另一线程b中,如果b更改了某些条件,使得线程a的condition条件满足了,就可以唤醒线程a:

synchronized(obj) {
    condition = true;
    obj.notify();
}

需要注意的概念是:

# 调用obj的wait(), notify()方法前,必须获得obj锁,也就是必须写在synchronized(obj) {...} 代码段内。

# 调用obj.wait()后,线程a就释放了obj的锁,否则线程b无法获得obj锁,也就无法在synchronized(obj) {...} 代码段内唤醒a。

# 当obj.wait()方法返回后,线程a需要再次获得obj锁,才能继续执行。

# 如果a1,a2,a3都在obj.wait(),则b调用obj.notify()只能唤醒a1,a2,a3中的一个(具体哪一个由jvm决定)。

# obj.notifyall()则能全部唤醒a1,a2,a3,但是要继续执行obj.wait()的下一条语句,必须获得obj锁,因此,a1,a2,a3只有一个有机会获得锁继续执行,例如a1,其余的需要等待a1释放obj锁之后才能继续执行。

# 当b调用obj.notify/notifyall的时候,b正持有obj锁,因此,a1,a2,a3虽被唤醒,但是仍无法获得obj锁。直到b退出synchronized块,释放obj锁后,a1,a2,a3中的一个才有机会获得锁继续执行。



前面讲了wait/notify机制,thread还有一个sleep()静态方法,它也能使线程暂停一段时间。sleep与wait的不同点是: sleep并不释放锁,并且sleep的暂停和wait暂停是不一样的。obj.wait会使线程进入obj对象的等待集合中并等待唤醒。

但是wait()和sleep()都可以通过interrupt()方法打断线程的暂停状态,从而使线程立刻抛出interruptedexception。

如果线程a希望立即结束线程b,则可以对线程b对应的thread实例调用interrupt方法。如果此刻线程b正在wait/sleep/join,则线程b会立刻抛出interruptedexception,在catch() {} 中直接return即可安全地结束线程。

需要注意的是,interruptedexception是线程自己从内部抛出的,并不是interrupt()方法抛出的。对某一线程调用 interrupt()时,如果该线程正在执行普通的代码,那么该线程根本就不会抛出interruptedexception。但是,一旦该线程进入到 wait()/sleep()/join()后,就会立刻抛出interruptedexception。



guardedsuspention模式主要思想是:

当条件不满足时,线程等待,直到条件满足时,等待该条件的线程被唤醒。

我们设计一个客户端线程和一个服务器线程,客户端线程不断发送请求给服务器线程,服务器线程不断处理请求。当请求队列为空时,服务器线程就必须等待,直到客户端发送了请求。

先定义一个请求队列:queue

package com.crackj2ee.thread;

import java.util.*;

public class queue {
    private list queue = new linkedlist();

    public synchronized request getrequest() {
        while(queue.size()==0) {
            try {
                this.wait();
            }
            catch(interruptedexception ie) {
                return null;
            }
        }
        return (request)queue.remov

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