Java多线程编程详解(下)

六、线程的阻塞
    为了解决对共享存储区的访问冲突，Java 引入了同步机制，现在让我们来考察多个线程对共享资源的访问，显然同步机制已经不够了，因为在任意时刻所要求的资源不一定已经准备好了被访问，反过来，同一时刻准备好了的资源也可能不止一个。为了解决这种情况下的访问控制问题，Java 引入了对阻塞机制的支持。
    阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（如某资源就绪）。Java 提供了大量方法来支持阻塞，下面让对它们逐一分析。
    1. sleep（）方法：sleep（）允许指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，它使得线程在指定的时间内进入阻塞状态，不能得到CPU 时间，指定的时间一过，线程重新进入可执行状态。
    典型地，sleep（） 被用在等待某个资源就绪的情形：测试发现条件不满足后，让线程阻塞一段时间后重新测试，直到条件满足为止。
    2. suspend（）和resume（）方法：两个方法配套使用，suspend（）使得线程进入阻塞状态，并且不会自动恢复，必须其对应的resume（） 被调用，才能使得线程重新进入可执行状态。典型地，suspend（） 和 resume（） 被用在等待另一个线程产生的结果的情形：测试发现结果还没有产生后，让线程阻塞，另一个线程产生了结果后，调用resume（）使其恢复。
    3. yield（） 方法：yield（） 使得线程放弃当前分得的 CPU 时间，但是不使线程阻塞，即线程仍处于可执行状态，随时可能再次分得 CPU 时间。调用 yield（） 的效果等价于调度程序认为该线程已执行了足够的时间从而转到另一个线程。
    4. wait（） 和 notify（） 方法：两个方法配套使用，wait（） 使得线程进入阻塞状态，它有两种形式，一种允许指定以毫秒为单位的一段时间作为参数，另一种没有参数，前者当对应的 notify（） 被调用或者超出指定时间时线程重新进入可执行状态，后者则必须对应的 notify（） 被调用。
    2和4区别的核心在于，前面叙述的所有方法，阻塞时都不会释放占用的锁（如果占用了的话），而这一对方法则相反。上述的核心区别导致了一系列的细节上的区别。
    首先，前面叙述的所有方法都隶属于Thread 类，但是这一对却直接隶属于 Object 类，也就是说，所有对象都拥有这一对方法。因为这一对方法阻塞时要释放占用的锁，而锁是任何对象都具有的，调用任意对象的 wait（） 方法导致线程阻塞，并且该对象上的锁被释放。而调用任意对象的notify（）方法则导致因调用该对象的 wait（） 方法而阻塞的线程中随机选择的一个解除阻塞（但要等到获得锁后才真正可执行）。
    其次，前面叙述的所有方法都可在任何位置调用，但是这一对方法却必须在 synchronized 方法或块中调用，理由也很简单，只有在synchronized 方法或块中当前线程才占有锁，才有锁可以释放。同样的道理，调用这一对方法的对象上的锁必须为当前线程所拥有，这样才有锁可以释放。因此，这一对方法调用必须放置在这样的 synchronized 方法或块中，该方法或块的上锁对象就是调用这一对方法的对象。若不满足这一条件，则程序虽然仍能编译，但在运行时会出现 IllegalMonitorStateException 异常。
    wait（） 和 notify（） 方法的上述特性决定了它们经常和synchronized 方法或块一起使用，将它们和操作系统的进程间通信机制作一个比较就会发现它们的相似性：synchronized方法或块提供了类似于操作系统原语的功能，它们的结合用于解决各种复杂的线程间通信问题。
    关于 wait（） 和 notify（） 方法最后再说明两点：
    第一：调用 notify（） 方法导致解除阻塞的线程是从因调用该对象的 wait（） 方法而阻塞的线程中随机选取的，我们无法预料哪一个线程将会被选择，所以编程时要特别小心，避免因这种不确定性而产生问题。
    第二：除了 notify（），还有一个方法 notifyAll（） 也可起到类似作用，唯一的区别在于，调用 notifyAll（） 方法将把因调用该对象的wait（）方法而阻塞的所有线程一次性全部解除阻塞。当然，只有获得锁的那一个线程才能进入可执行状态。
    谈到阻塞，就不能不谈一谈死锁，略一分析就能发现，suspend（） 方法和不指定超时期限的 wait（） 方法的调用都可能产生死锁。遗憾的是，Java 并不在语言级别上支持死锁的避免，我们在编程中必须小心地避免死锁。
    以上我们对 Java 中实现线程阻塞的各种方法作了一番分析，我们重点分析了 wait（） 和 notify（） 方法，因为它们的功能最强大，使用也最灵活，但是这也导致了它们的效率较低，较容易出错。实际使用中我们应该灵活使用各种方法，以便更好地达到我们的目的。
    还有一个方法比较有用，Thread的join（）方法可用于让当前线程阻塞，以等待特定线程的消亡。
import java.lang.Runnable;
import java.lang.Thread;
public class DemoThread
    implements Runnable {
  public DemoThread() {
    TestThread testthread1 = new TestThread(this, "1");
    TestThread testthread2 = new TestThread(this, "2");
    testthread2.start();
    testthread1.start();
  }
  public static void main(String[] args) {
    DemoThread demoThread1 = new DemoThread();
  }
  public void run() {
    TestThread t = (TestThread) Thread.currentThread();
    try {
      if (!t.getName().equalsIgnoreCase("1")) {
        synchronized (this) {
          wait();
        }
      }
      while (true) {
        System.out.println("@time in thread" + t.getName() + "=" +
                           t.increaseTime());
        if (t.getTime() % 2 == 0) {
          synchronized (this) {
            System.out.println("****************************************");
            notify();
            if (t.getTime() == 10) {
              break;
            }
            wait();
          }
        }
      }
    }
    catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}
class TestThread
    extends Thread {
  private int time = 0;
  public TestThread(Runnable r, String name) {
    super(r, name);
  }
  public int getTime() {
    return time;
  }
  public int increaseTime() {
    return ++time;
  }
}
    运行结
@time in thread1=1
@time in thread1=2
****************************************
@time in thread2=1
@time in thread2=2
****************************************
@time in thread1=3
@time in thread1=4
****************************************
@time in thread2=3
@time in thread2=4
****************************************
……
@time in thread1=9
@time in thread1=10
****************************************
@time in thread2=9
@time in thread2=10
****************************************
七、守护线程
    守护线程是一类特殊的线程，它和普通线程的区别在于它并不是应用程序的核心部分，当一个应用程序的所有非守护线程终止运行时，即使仍然有守护线程在运行，应用程序也将终止，反之，只要有一个非守护线程在运行，应用程序就不会终止。守护线程一般被用于在后台为其它线程提供服务。调用方法 isDaemon（） 来判断一个线程是否是守护线程，也可以调用方法setDaemon（）将一个线程设为守护线程。
    八、一个应用：线程池
    1.背景
    诸如 Web 服务器、数据库服务器、文件服务器或邮件服务器之类的许多服务器应用程序都面向处理来自某些远程来源的大量短小的任务。 服务器应用程序中经常出现的情况是：单个任务处理的时间很短而请求的数目却是巨大的。
    2.解决方法
    构建服务器应用程序的一个过于简单的模型应该是：每当一个请求到达就创建一个新线程，然后在新线程中为请求服务。
    那么这种方法的严重不足就很明显。每个请求对应一个线程（thread-per-request）方法的不足之一是：为每个请求创建一个新线程的开销很大 ；在一个 JVM 里创建太多的线程可能会导致系统由于过度消耗内存而用完内存或“切换过度”。为了防止资源不足，服务器应用程序需要一些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目。
    我们可以实现一个线程池类，其中客户机类等待一个可用线程、将任务传递给该线程以便执行、然后在任务完成时将线程归还给池，一般一个简单线程池至少包含下列组成部分：
    线程池管理器（ThreadPoolManager）：用于创建并管理线程池
    工作线程（WorkThread）： 线程池中线程
    任务接口（Task）：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行。
    任务队列：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。
public class WorkQueue {
    private final int nThreads;
    private final PoolWorker[] threads;
    private final LinkedList queue;
    public WorkQueue(int nThreads) {
        this.nThreads = nThreads;
        queue = new LinkedList();
        threads = new PoolWorker[nThreads];

        for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
            threads[i] = new PoolWorker();
            threads[i].start();
        }
    }
    public void execute(Runnable r) {
        synchronized (queue) {
            queue.addLast(r);
            queue.notify();
        }
    }

    private class PoolWorker extends Thread {
        public void run() {
            Runnable r;

            while (true) {
                synchronized (queue) {
                    while (queue.isEmpty()) {
                        try {
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException ignored) {
                        }
                    }

                    r = (Runnable) queue.removeFirst();
                }

                // If we don't catch RuntimeException,
                // the pool could leak threads
                try {
                    r.run();
                } catch (RuntimeException e) {
                    // You might want to log something here
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String args[]) {
        WorkQueue wq = new WorkQueue(3);
        wq.execute(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (Exception e) {}
                    System.out.println("this is a thread");
                }
            }
        });
    }
}