java多线程设计模式.docx

1、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：Threadt=newThread();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()

2、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extendThread，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：publicclassMyThreadextendsThreadpublicrun()System.out.println(MyThread.run();在合适的地方启动线程：newMyThread().start();方法2：如果自己的类已经extends另一个类，就无法直接extendsThread，此时，必须实现一个Ru

3、nnable接口：publicclassMyThreadextendsOtherClassimplementsRunnablepublicrun()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：MyThreadmyt=newMyThread();Threadt=newThread(myt);t.start();事实上，当传入一个Runnabletarget参数给Thread后，Thread的run()方法就会调用target.run()，参考JDK源代码：publicvoidrun

4、()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

5、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，classA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

6、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：publicclassSharedResourceprivateintcount=0;pu

7、blicintgetCount()returncount;publicsynchronizedvoidsetCount(intcount)this.count=count;同步方法publicsynchronizedvoidsetCount(intcount)this.count=count;事实上相当于：publicvoidsetCount(intcount)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SharedResou

8、rce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：publicclassSharedResouceprivateinta=0;privateintb=0;publicsynchronizedvoidsetA(inta)this.a=a;publicsynchronizedvoidsetB(intb)this.b=b;若同步整个方法，则setA()的时候无法setB()，setB()时无法setA()。

9、为了提高性能，可以使用不同对象的锁：publicclassSharedResouceprivateinta=0;privateintb=0;privateObjectsync_a=newObject();privateObjectsync_b=newObject();publicvoidsetA(inta)synchronized(sync_a)this.a=a;publicsynchronizedvoidsetB(intb)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，

10、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，

11、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

12、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

13、，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/

14、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

15、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：Queuepackagecom.crackj2ee.thread;importjava.util.*;publicclassQueueprivateListqueue=newLinkedList();publicsynchronizedRequestgetRequest()while(queue.size()=0)trythis.wait();catch(InterruptedExceptionie

16、)returnnull;return(Request)queue.remove(0);publicsynchronizedvoidputRequest(Requestrequest)queue.add(request);this.notifyAll();蓝色部分就是服务器线程的等待条件，而客户端线程在放入了一个request后，就使服务器线程等待条件满足，于是唤醒服务器线程。客户端线程：ClientThreadpackagecom.crackj2ee.thread;publicclassClientThreadextendsThreadprivateQueuequeue;privateStri

17、ngclientName;publicClientThread(Queuequeue,StringclientName)this.queue=queue;this.clientName=clientName;publicStringtoString()returnClientThread-+clientName+;publicvoidrun()for(inti=0;i100;i+)Requestrequest=newRequest(+(long)(Math.random()*10000);System.out.println(this+sendrequest:+request);queue.p

18、utRequest(request);tryThread.sleep(long)(Math.random()*10000+1000);catch(InterruptedExceptionie)System.out.println(this+shutdown.);服务器线程：ServerThreadpackagecom.crackj2ee.thread;publicclassServerThreadextendsThreadprivatebooleanstop=false;privateQueuequeue;publicServerThread(Queuequeue)this.queue=que

19、ue;publicvoidshutdown()stop=true;this.interrupt();trythis.join();catch(InterruptedExceptionie)publicvoidrun()while(!stop)Requestrequest=queue.getRequest();System.out.println(ServerThreadhandlerequest:+request);tryThread.sleep(2000);catch(InterruptedExceptionie)System.out.println(ServerThreadshutdown

20、.);服务器线程在红色部分可能会阻塞，也就是说，Queue.getRequest是一个阻塞方法。这和java标准库的许多IO方法类似。最后，写一个Main来启动他们：packagecom.crackj2ee.thread;publicclassMainpublicstaticvoidmain(Stringargs)Queuequeue=newQueue();ServerThreadserver=newServerThread(queue);server.start();ClientThreadclients=newClientThread5;for(inti=0;iclients.length

21、;i+)clientsi=newClientThread(queue,+i);clientsi.start();tryThread.sleep(100000);catch(InterruptedExceptionie)server.shutdown();我们启动了5个客户端线程和一个服务器线程，运行结果如下：ClientThread-0sendrequest:Request-4984ServerThreadhandlerequest:Request-4984ClientThread-1sendrequest:Request-2020ClientThread-2sendrequest:Reque

22、st-8980ClientThread-3sendrequest:Request-5044ClientThread-4sendrequest:Request-548ClientThread-4sendrequest:Request-6832ServerThreadhandlerequest:Request-2020ServerThreadhandlerequest:Request-8980ServerThreadhandlerequest:Request-5044ServerThreadhandlerequest:Request-548ClientThread-4sendrequest:Req

23、uest-1681ClientThread-0sendrequest:Request-7859ClientThread-3sendrequest:Request-3926ServerThreadhandlerequest:Request-6832ClientThread-2sendrequest:Request-9906.可以观察到ServerThread处理来自不同客户端的请求。思考Q:服务器线程的wait条件while(queue.size()=0)能否换成if(queue.size()=0)?A:在这个例子中可以，因为服务器线程只有一个。但是，如果服务器线程有多个（例如Web应用程序有多

24、个线程处理并发请求，这非常普遍），就会造成严重问题。Q:能否用sleep(1000)代替wait()?A:绝对不可以。sleep()不会释放锁，因此sleep期间别的线程根本没有办法调用getRequest()和putRequest()，导致所有相关线程都被阻塞。Q:(Request)queue.remove(0)可以放到synchronized()块外面吗？A:不可以。因为while()是测试queue，remove()是使用queue，两者是一个原子操作，不能放在synchronized外面。总结多线程设计看似简单，实际上必须非常仔细地考虑各种锁定/同步的条件，稍不小心，就可能出错。并且，

25、当线程较少时，很可能发现不了问题，一旦问题出现又难以调试。所幸的是，已有一些被验证过的模式可以供我们使用，我们会继续介绍一些常用的多线程设计模式。前面谈了多线程应用程序能极大地改善用户相应。例如对于一个Web应用程序，每当一个用户请求服务器连接时，服务器就可以启动一个新线程为用户服务。然而，创建和销毁线程本身就有一定的开销，如果频繁创建和销毁线程，CPU和内存开销就不可忽略，垃圾收集器还必须负担更多的工作。因此，线程池就是为了避免频繁创建和销毁线程。每当服务器接受了一个新的请求后，服务器就从线程池中挑选一个等待的线程并执行请求处理。处理完毕后，线程并不结束，而是转为阻塞状态再次被放入线程池中。

26、这样就避免了频繁创建和销毁线程。WorkerPattern实现了类似线程池的功能。首先定义Task接口：packagecom.crackj2ee.thread;publicinterfaceTaskvoidexecute();线程将负责执行execute()方法。注意到任务是由子类通过实现execute()方法实现的，线程本身并不知道自己执行的任务。它只负责运行一个耗时的execute()方法。具体任务由子类实现，我们定义了一个CalculateTask和一个TimerTask：/CalculateTask.javapackagecom.crackj2ee.thread;publicclassCalculateTaskimplementsTaskprivatestaticintcount=0;privateintnum=count;publicCalculateTask()count+;publicvoidexecute()System.out.println(CalculateTask+num+start.);try