java多线程小探

Love The Way You Lie 2022-07-21 11:08 177阅读 0赞

递增共享计数器

[https://www6.software.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-threads/tutorial/j-threads-6-5.html][https_www6.software.ibm.com_developerworks_cn_education_java_j-threads_tutorial_j-threads-6-5.html]

通常，如果正在保护一个基本变量（如一个整数），有时只使用 volatile 就可以侥幸过关。但是，如果变量的新值派生自以前的值，就必须使用同步。为什么？考虑这个类：

public class Counter \{  
private int counter = 0;

public int get()      \{ return counter; \}  
public void set(int n) \{ counter = n; \}  
public void increment() \{  
    set(get() + 1);  
\}  
\}

当我们要递增计数器时，会发生什么？请看 increment() 的代码。它很清楚，但不是线程安全的。如果两个线程试图同时执行 increment()，会发生什么？计数器也许会增加 1，也许增加 2。令人惊奇的是，把 counter 标记成 volatile 没有帮助，使 get() 和 set() 都变成 synchronized 也没有帮助。

设想计数器是零，而两个线程同时执行递增操作代码。这两个线程会调用 Counter.get()，并且看到计数器是零。现在两个线程都对它加一，然后调用 Counter.set()。如果我们的计时不太凑巧，那么这两个线程都看不到对方的更新，即使 counter 是 volatile，或者 get() 和 set() 是 synchronized。现在，即使计数器递增了两次，得到的值也许只是一，而不是二。

要使递增操作正确运行，不仅 get() 和 set() 必须是 synchronized，而且 increment() 也必需是 synchronized！否则，调用 increment() 的线程可能会中断另一个调用 increment() 的线程。如果您不走运，最终结果将会是计数器只增加了一次，不是两次。同步 increment() 防止了这种情况的发生，因为整个递增操作是原子的。

当循环遍历 Vector 的元素时，同样如此。即使同步了 Vector 的方法，但在循环遍历时，Vector 的内容仍然会更改。如果要确保 Vector 的内容在循环遍历时不更改，必须同步整个代码块。

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不变性和 final 字段

许多 Java 类，包括 String、Integer 和 BigDecimal，都是不可改变的：一旦构造之后，它们的状态就永远不会更改。如果某个类的所有字段都被声明成 final，那么这个类就是不可改变的。（实际上，许多不可改变的类都有非 final 字段，用于高速缓存以前计算的方法结果，如 String.hashCode()，但调用者看不到这些字段。）

不可改变的类使并发编程变得非常简单。因为不能更改它们的字段，所以就不需要担心把状态的更改从一个线程传递到另一个线程。在正确构造了对象之后，可以把它看作是常量。

同样，final 字段对于线程也更友好。因为 final 字段在初始化之后，它们的值就不能更改，所以当在线程之间共享 final 字段时，不需要担心同步访问。

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什么时候不需要同步

在某些情况中，您不必用同步来将数据从一个线程传递到另一个，因为 JVM 已经隐含地为您执行同步。这些情况包括：

由静态初始化器（在静态字段上或 static\{\} 块中的初始化器）初始化数据时   
访问 final 字段时   
在创建线程之前创建对象时   
线程可以看见它将要处理的对象时  
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同步准则

当编写 synchronized 块时，有几个简单的准则可以遵循，这些准则在避免死锁和性能危险的风险方面大有帮助：

使代码块保持简短。Synchronized 块应该简短 ― 在保证相关数据操作的完整性的同时，尽量简短。把不随线程变化的预处理和后处理移出 synchronized 块。

不要阻塞。不要在 synchronized 块或方法中调用可能引起阻塞的方法，如 InputStream.read()。

在持有锁的时候，不要对其它对象调用方法。这听起来可能有些极端，但它消除了最常见的死锁源头。  
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每个 Java 程序都使用线程，不论您知道与否。如果您正在使用 Java UI 工具箱（AWT 或 Swing）、Java Servlet、RMI、JavaServer Pages 或 Enterprise JavaBeans 技术，您可能没有意识到您正在使用线程。

在许多情况中，您可能想要显式地使用线程以提高程序的性能、响应速度或组织。这些情况包括：

在执行耗时较长的任务时，使用户界面的响应速度更快   
利用多处理器系统以并行处理多个任务   
简化仿真或基于代理的系统的建模   
执行异步或后台处理   
虽然线程 API 很简单，但编写线程安全的程序并不容易。在线程之间共享变量时，必须非常小心，以确保正确同步了对它们的读写访问。当写一个可能接下来由另一个线程读取的变量，或者读取可能由另一个线程写过的变量时，必须使用同步以确保对数据的更改在线程之间是可见的。

当使用同步保护共享变量时，必须确保不仅使用了同步，而且读取器和写入器在同一个监控器上同步。而且，如果依赖对象的状态在多个操作中保持相同，或者依赖多个变量互相保持一致（或者，与它们过去的值一致），那么必须使用同步来强制实现这一点。但简单地同步一个类中的每一个方法并不能使它变成线程安全的 ― 只会使它更容易发生死锁。

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例子：

（一）即时显示当前时间：

import java.util.\*;  
import java.text.\*;  
import java.applet.Applet;  
import java.awt.Graphics;

public class Clock extends Applet implements Runnable \{

Thread clockThread;

public void start() \{  
   if (clockThread == null) \{  
    clockThread = new Thread(this, "Clock");  
    clockThread.start();  
   \}  
\}

public void run() \{  
   while (clockThread != null) \{  
    repaint();  
    try \{  
     clockThread.sleep(1000);  
    \} catch (InterruptedException e) \{  
    \}  
   \}  
\}

public void paint(Graphics g) \{  
   //Date now = new Date();  
   // now.getHours()+now.getMinutes()+now.getSeconds()(过时的方法)  
   DateFormat df = new SimpleDateFormat("EEEE-MMMM-dd-yyyy HH:mm:ss");  
   Calendar c = Calendar.getInstance();  
   g.drawString(df.format(c.getTime()), 5, 10);

g.drawString(DateFormat.getTimeInstance().format(c.getTime()), 5, 30);  
   g.drawString(DateFormat.getTimeInstance(DateFormat.LONG, Locale.CHINA)  
     .format(c.getTime()), 5, 50);  
   g.drawString(DateFormat.getInstance().format(c.getTime()), 5, 70);  
   g.drawString(DateFormat.getDateTimeInstance(DateFormat.FULL,  
     DateFormat.FULL).format(c.getTime()), 5, 90);  
   g.drawString(DateFormat.getDateTimeInstance().format(c.getTime()), 5,  
     110);  
\}

public void stop() \{  
   clockThread.stop();  
   clockThread = null;  
\}

public static void main(String\[\] args) \{  
   new Clock().start();  
\}

![f2c40f8ba1c1cec4fc1f1051.jpg][]

（二）生产者、消费者问题

class CubbyHole \{  
private int seq;

private boolean available = false; // 信号量

/\*\*  
\* 用synchronized来标识的区域或方法即为对象互斥锁锁住的部分。  
\*   
\* 如果一个程序内有两个或以上的方法使用synchronized标志，  
\*   
\* 则它们 在同一个对象互斥锁管理之下。  
\*   
\* 一般情况下，都使用synchronized关键字在方法的层次上实现对共享资源操作的同步，  
\*   
\* 很少使用volatile关键字声明共享变量。  
\*/  
public synchronized int get() \{  
   while (available == false) \{  
    try \{  
     // wait()方法的作用是让当前线程释放其所持有的对象互斥锁，进入wait队列（等待队列）  
     wait();  
     // waits for notify() call from Producer  
    \} catch (InterruptedException e) \{  
    \}  
   \}

available = false;  
   // notify()/notifyAll()方法的作用是唤醒一个或所有正在等待队列中等待的线程，  
   // 并将它（们）移入等待同一个对象互斥锁的队列。  
   notify();  
   // 需要指出的是： notify()/notifyAll()方法和wait()方  
   // 法都只能在被声明为synchronized的方法或代码段中调用。

return seq;  
\}

public synchronized void put(int value) \{  
   while (available == true) \{  
    try \{  
     wait();  
     // waits for notify() call from consumer  
    \} catch (InterruptedException e) \{  
    \}  
   \}

seq = value;  
   available = true;  
   notify();  
\}

class Producer extends Thread \{  
private CubbyHole cubbyhole;

private int number;

public Producer(CubbyHole c, int number) \{  
   cubbyhole = c;  
   this.number = number;  
\}

public void run() \{  
   for (int i = 0; i < 10; i++) \{  
    cubbyhole.put(i);  
    System.out.println("Producer @" + this.number + " put: " + i);  
    try \{  
     sleep((int) (Math.random() \* 100));  
    \} catch (InterruptedException e) \{  
    \}  
   \}  
\}  
\}

class Consumer extends Thread \{  
private CubbyHole cubbyhole;

private int number;

public Consumer(CubbyHole c, int number) \{  
   cubbyhole = c;  
   this.number = number;  
\}

public void run() \{  
   int value = 0;  
   for (int i = 0; i < 10; i++) \{  
    value = cubbyhole.get();  
    System.out.println("Consumer \#" + this.number + " got: " + value);  
   \}  
\}  
\}

public class ProducerConsumerTest \{  
public static void main(String args\[\]) \{  
   CubbyHole c = new CubbyHole();  
   Producer p1 = new Producer(c, 1);  
   Consumer c1 = new Consumer(c, 1);  
   //Consumer c2 = new Consumer(c, 2);

p1.setPriority(Thread.MAX\_PRIORITY);  
   c1.setPriority(Thread.NORM\_PRIORITY);  
   //c2.setPriority(Thread.NORM\_PRIORITY);

p1.start();  
   c1.start();  
   //c2.start();  
\}

输出结果：

Producer @1 put: 0  
Consumer \#1 got: 0  
Producer @1 put: 1  
Consumer \#1 got: 1  
Producer @1 put: 2  
Consumer \#1 got: 2  
Producer @1 put: 3  
Consumer \#1 got: 3  
Producer @1 put: 4  
Consumer \#1 got: 4  
Producer @1 put: 5  
Consumer \#1 got: 5  
Producer @1 put: 6  
Consumer \#1 got: 6  
Producer @1 put: 7  
Consumer \#1 got: 7  
Producer @1 put: 8  
Consumer \#1 got: 8  
Producer @1 put: 9  
Consumer \#1 got: 9

收藏于 2009-11-24

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[f2c40f8ba1c1cec4fc1f1051.jpg]: /images/20220720/6fa17e9957ac435ea5525e87c5d23a29.png