java 线程经验总结

1, 为什么wait与notify之前必须要加synchronized?

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: 使用屏障的时候, 小心异常的放生,当发生异常,所有线程都会被释放
等待中的线程将被中断. 且发生异常的屏障将不可用,需要屏障的实例reset一下.

9, 利用CountDownLatch接口实现线程集合/解散功能,类似CyclicBarrier,区别是倒数且只跑一次

接口方法与CyclicBarrier基本相同,不同在于构造函数需要传入一数量,表示
倒数的开始数量.以后会递减这个值