java 线程的一点心得
答案其实很简单，也是为了防止等待-通知机制出现 race condition
为什么会出现 race condition ?
答：对象在被wait之前已经被另一线程notify , 之后的wait 会永久停止,并导致deadlock(死锁 )
理想情况：
1, 第一个线程判断该对象是否要 wait
2, 第一个线程将对象 wait
3, 第二个线程再将对象 notify
实际情况
1, 第一个线程判断该对象是否要 wait
2, 第二个线程将对象 notify
3, 第一个线程将对象 wait
为了防止这些情况，才需要在wait与notify之前加synchronized
java 代码
A a = A.getInstance();//单例对象,同一份实例不销毁
synchronized (a) {
a.wait();
}
-------------------------------另一线程
A a = A.getInstance();
synchronized(a) {
a.notify();
}
等待-通知机制必须与sychronized一起用,否则自身也会有 race condition.
2, 静态同步方法与非静态同步方法的区别
有时，我们经常会碰到这样的代码！
业务逻辑的封装类:
public class Logic {
private static final Log log = LogFactory.getLog(Logic.class);
private static Logic logic;
private Logic() {}
public static Logic getInstance() {
if (null == logic) {
logic = new Logic();
}
return logic;
}
public static synchronized void testStatic() {
log.info(Thread.currentThread().getName() + " : static method is running");
}
public synchronized void testNonStatic() {
log.info(Thread.currentThread().getName() + " : non static method is running");
}
}
非静态方法的执行:
public class ThreadRun1 extends Thread {
private static final Log log = LogFactory.getLog(ThreadRun1.class);
public void run() {
Logic logic = Logic.getInstance(); // object reference
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
log.error("some exceptions occured :", e);
}
logic.testNonStatic();
logEnd();
}
private void logEnd() {
log.info("thread run1 end");
}
}
静态类方法的执行
public class ThreadRun2 extends Thread {
private static final Log log = LogFactory.getLog(ThreadRun1.class);
public void run() {
Logic.testStatic(); // class static reference
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
log.error("some error ocuur :", e);
}
logEnd();
}
private void logEnd() {
log.info("thread run2 end");
}
}
测试类
public class TestThread {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
ThreadRun1 run1 = new ThreadRun1();
run1.start();
ThreadRun2 run2 = new ThreadRun2();
run2.start();
}
}
现在有2根线程，其中一根会调用testStatic() , 而另一根会在testStatic未执行结束前调用testNonStatic！
那么，按照多线程同步原则，该对象会在调用testStatic()方法时被锁定，而该方法未结束前如果调用testNonStatic()方法，则必须要等待第一个线程执行完后，才可以执行继续执行！
但是，实际情况是两线程可同时被调用！
区别在于，前者是静态的，不需要实例化即可调用，那么既然连实例化的对象都没创建，何来锁住对象呢！
大家都知道，静态的方法一般都是直接调用“类.方法”来执行的，因此，调用testStatic锁住的其实是类！（锁住类不等于锁住该类实例的对象！）
总结：每个class只有一个线程可以执行静态同步方法，每个类的对象，只有一个线程可以执行同步方法！当对象实例调用同步方法，而同步方法中又调用了class的静态同步方法，其实此次调用一共锁住了2个不同的对象监视器！
Class级别的锁与Object级别的锁是不一样的, 两者相互独立
3, thread 的 join 方法与 isAlive 方法的区别.
java 代码
log.info("current thread running");
thread1.join(); // 当前线程在执行到join方法后, 会被block住 , 直到thread1线程处理结束或死亡
log.info("current thread stopping");
java 代码
log.info("current thread running");
thread1.isAlive(); // 直接返回true or false
log.info("current thread stopping");
join方法是使当前线程阻塞,直到引用的线程结束才激活.
4, wait-notify机制
在一个以上的thread wait住时,调用notify是随机的唤醒某一thread.
而notifyAll则是唤醒所有等待的线程, 但只有一个线程可以在唤醒后lock object monitor,
所以, notifyAll操作也是有利弊的.
wait-notify机制, 单次唤醒是随机的, 全部唤醒则会导致大部分线程阻塞.
8, Lock接口替代synchronized
a, Lock接口可以比sychronized提供更广泛的锁定操作.可以提供多把不同的锁.且锁之间互不干涉.
b, Lock接口提供lock()与unlock()方法, 使用明确调用来完成同步的, OO思想好于前者.
c, Lock可以自由操控同步范围(scope).
d, Lock接口支持nested lock(嵌套锁定).并提供了丰富的api.
e, Lock接口提供了tryLock()方法, 支持尝试取得某个object lock.
5, Condition替代wait与notify
// 生产/消费者模式
public class Basket {
Lock lock = new ReentrantLock();
//产生Condition对象
Condition produced = lock.newCondition();
Condition consumed = lock.newCondition();
boolean available = false;
public void produce() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
if (available) {
produced.await(); //放弃lock进入睡眠
}
System.out.println("Apple produced.");
available = true;
consumed.signal(); //发信号唤醒等待这个Condition的线程
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void consume() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
if (!available) {
consumed.await(); //放弃lock进入睡眠
}
/*吃苹果*/
System.out.println("Apple consumed.");
available = false;
produced.signal(); //发信号唤醒等待这个Condition的线程
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
// 测试用类
public class ConditionTester {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Basket basket = new Basket();
//定义一个producer
Runnable producer = new Runnable() {
public void run() {
try {
basket.produce();
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
};
//定义一个consumer
Runnable consumer = new Runnable() {
public void run() {
try {
basket.consume();
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
};
//各产生10个consumer和producer
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++)
service.submit(consumer);
Thread.sleep(2000);
for (int i = 0; i < 10; i++)
service.submit(producer);
service.shutdown();
}
}
Condition配合Lock接口可以轻松实现,比sychronized配合wait,notify更
强大的功能.
Condition接口可以为单个对象锁生成多个类似wait-notify机制的条件变量.
每个条件变量在执行wait-notify时,只会控制自身条件的线程,即触发notify时,只唤醒
自身条件变量上的wait线程,不会唤醒其他条件变量的wait线程.
建议: 同一把锁下, 允许有多个Condition, 且相互不干涉, 但是, 每个Condition都是按顺序执行的.
(java关键字, 如果使用this, 则范围过大, 自己创建object来局部控制, 又不优雅)
注意: Condition的wait操作, 允许出现人为或意外的"虚假唤醒", 所以, 为了保证Condition的作用域.
当调用wait时, 尝试使用循环结构.其中condition为await-singal的操作标示.
boolean condition = true;
while(condition) {
condition.await();
condition = false;
}
...
condition = true;
condition.singal();
6, 使用java.util.concurrent.atomic包,原子操作及解决volatile变量计算的race condition
private static AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
public void run() {
int v = i.incrementAndGet(); // 相当于++i
log.info("i = " + v);
}
包的特色:
1, 普通原子数值类型AtomicInteger, AtomicLong提供一些原子操作的加减运算.
2, 解决race condition问题的经典模式-"比对后设定", 即查看主存中数据是否与
预期提供的值一致,如果一致,才更新.
// 这边采用无限循环
for (;;) {
int current = get();
if (compareAndSet(current, newValue))
return current;
}
3, 使用AtomicReference可以实现对所有对象的原子引用及赋值.包括Double与Float,
但不包括对其的计算.浮点的计算,只能依靠同步关键字或Lock接口来实现了.
4, 对数组元素里的对象,符合以上特点的, 也可采用原子操作.包里提供了一些数组原子操作类
建议: 针对非浮点类型的数值计算, 数组元素及对象的引用/赋值, 优先采用原子类型.
优先考虑使用atmoic框架 .
7, 利用java semaphore信号量机制,控制某操作上线程的数量
java信号量的实现逻辑与操作系统解决进程同步问题时采用的PV操作类似.
即 P -> 临界区 -> V
其中P为消费,V生产,临界区是同步区域.
java semaphore提供了acquire()与release()两种操作,类似Lock的lock()与unlock.
区别在于, java semaphore对acquire有数量控制,即利用它的计数器大小,来控制多少线程可执行,其余全部阻塞.
而Lock中的lock()方法,一次只能允许一根线程执行,其余全部阻塞.
semaphore接口的构造函数中还提供了一个boolean型的fair变量,表示,是否公平.
如果为ture,则每个线程会根据到达的顺序执行,而默认是false.
// 业务逻辑实现类
public class Logic {
private static final Log log = LogFactory.getLog(Logic.class);
private AtomicInteger sum = new AtomicInteger(0);
private Semaphore sp = new Semaphore(5); // 吞吐量为5条线程
public void test() {
try {
sp.acquire();
log.info(Thread.currentThread().getName() + " entered");
Thread.sleep(2000);
log.info(sum.getAndIncrement());
sp.release();
} catch (InterruptedException e) {
log.error("sleep error:", e);
}
}
}
// 线程测试类
public class RunThread {
public static void main(String[] args) {
final Logic logic = new Logic();
//定义一个producer
Runnable test = new Runnable() {
public void run() {
logic.test();
}
};
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
service.submit(test);
}
service.shutdown();
}
}
注意; semaphore可以控制某个资源上读取操作的线程数量, 但是, semaphore本身是线程不安全的,
如果资源涉及到写入操作, 那么在操作中加上同步后, 信号量的作用也就跟Lock接口一样了.(一次只能执行一根线程)
8, 利用CyclicBarrier屏障接口实现,线程集合/解散功能
java有好多种的屏障实现, 简单的几种如下:
a, 利用条件变量Condition实现wait-notify机制,等待所有的线程都wait在某一个
集合点时,notifyAll一下. 缺点是需要一根监控线程
b, 利用join方法,开一个监视线程, 每次调用这个线程取被block住的线程数量.
当达到指定数量后, 监视线程自动死亡,以放开所有的被block threads.
c, 利用CyclicBarrier提供的功能,只需要在集合点处调用await()方法,即可.
// 试验屏障功能的类
public class Logic {
private static final Log log = LogFactory.getLog(Logic.class);
private int value = 21;
private CyclicBarrier cyclic = new CyclicBarrier(3);
public int getValue() {
return value;
}
public void setValue(int value) {
this.value = value;
}
public void expression1() {
try {
Thread.sleep(1000);
log.info(value/2);
cyclic.await();
log.info(Thread.currentThread().getName() + " end.");
} catch (InterruptedException e) {
log.error(e);
} catch (BrokenBarrierException e) {
log.error(e);
}
}
public void expression2() {
try {
Thread.sleep(2000);
log.info(value*2);
cyclic.await();
log.info(Thread.currentThread().getName() + " end.");
} catch (InterruptedException e) {
log.error(e);
} catch (BrokenBarrierException e) {
log.error(e);
}
}
public void expression3() {
try {
Thread.sleep(3000);
log.info(value+2);
cyclic.await();
log.info(Thread.currentThread().getName() + " end.");
} catch (InterruptedException e) {
log.error(e);
} catch (BrokenBarrierException e) {
log.error(e);
}
}
}
// 线程测试类
public class RunThread {
public static void main(String[] args) {
final Logic logic = new Logic();
Runnable run1 = new Runnable() {
public void run() {
logic.expression1();
}
};
Runnable run2 = new Runnable() {
public void run() {
logic.expression2();
}
};
Runnable run3 = new Runnable() {
public void run() {
logic.expression3();
}
};
//各产生10个consumer和producer
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
service.submit(run1);
service.submit(run2);
service.submit(run3);
service.shutdown();
}
}
注意