Java多线程发展简史(4)

JDK 6.0

JDK 6.0对锁做了一些优化，比如锁自旋、锁消除、锁合并、轻量级锁、所偏向等。在这里不一一介绍，但是给一个例子以有感性认识：

import java.util.Vector;  
   
public class LockElimination {  
    public String getStr() {  
        Vector v = new Vector();  
        v.add(3);  
        v.add(4);  
        return v.toString();  
    }  
       
    public static void main(String[] args) {  
        System.out.println(new LockElimination().getStr());  
    }  
} 

在这个例子中，对vector的加锁完全是没有必要的，这样的锁是可以被优化消除的。

CyclicBarrier是JDK 6.0新增的一个用于流程控制的类，这个类可以保证多个任务在并行执行都完成的情况下，再统一执行下一步操作：


上面这个例子就模拟了，两个子任务（分别执行2000毫秒和4000毫秒）完成以后，再执行一个总任务（2000毫秒）并打印完成。

还有一个类似的类是CountDownLatch（使用倒数计数的方式），这样的类出现标志着，JDK对并发的设计已经逐步由微观转向宏观了，开始逐步重视并发程序流程，甚至是框架上的设计，这样的思路我们会在下文的JDK 7.0中继续看到。

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;  
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;  
   
public class BarrierUsage extends Thread {  
    private static CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2, new Thread() {  
        public void run() {  
            try {  
                Thread.sleep(2000);  
            } catch (InterruptedException e) {  
            }  
            System.out.println("finish");  
        };  
    });  
   
    private final int sleepMilSecs;  
   
    public BarrierUsage(int sleepMilSecs) {  
        this.sleepMilSecs = sleepMilSecs;  
    }  
   
    @Override 
    public void run() {  
        try {  
            Thread.sleep(sleepMilSecs);  
            System.out.println(sleepMilSecs + " secs slept");  
            barrier.await();  
        } catch (InterruptedException e) {  
        } catch (BrokenBarrierException e) {  
        }  
    }  
   
    public static void main(String[] args) {  
        new BarrierUsage(2000).start();  
        new BarrierUsage(4000).start();  
    }  
} 

JDK 7.0

2011年的JDK 7.0进一步完善了并发流程控制的功能，比如fork-join框架：


把任务分解成不同子任务完成；比如Phaser这个类，整合了CyclicBarrier和CountDownLatch两个类的功能，但是提供了动态修改依赖目标的能力；还有NIO2的新开放特性。这里不详细介绍了。

Java的未来

在多线程编程方面，Java的未来会怎样？

JDK 8.0按计划将在2013年夏天发布，Java从动态语言那里学了很多过来，比如闭包等等，在多线程方面会怎样呢？郁于JLS所限，无法有大的突破，还是有另辟蹊径的办法？纵观整个Java发展的历程，都在努力修正多线程模型实现上的种种弊端，尽可能在保留虚拟机优化特性的基础上给使用者屏蔽细节。

在来回想一下Java最基础的线程模型，其他语言是怎样实现的呢？

比如C#，任何类的任何方法，都可以成为线程的执行方法：

using System;  
using System.Threading;  
   
public class AnyClass {  
    public void DoSth() {  
         Console.WriteLine("working");  
    }  
}  
   
class ThreadTest{  
    public static void Main() {  
        AnyClass anyClass = new AnyClass();  
        ThreadStart threadDelegate = new ThreadStart(anyClass.DoSth);  
        Thread myThread = new Thread(threadDelegate);  
           
        myThread.Start();  
    }  
} 

上面的AnyClass的DoSth方法，就模拟线程执行打印了一句话。

再来看一门小众语言Io，在语法糖的帮助下，实现更加简单：

thread := Object clone  
thread start := method("working" println)  
thread @@start 

因为Io是基于原型的语言（如果你有兴趣的话，可以在我的blog里找到Io介绍），通过这样的@符号，就实现了新启一个线程运行的功能。

再来看看JDK 5.0的ReentrantLock类，它完全实现了synchronized语义上的全部功能，并且还能具备诸如条件锁、锁超时、公平锁等等更优越的特性（特别值得一提的是tryLock的功能也实现了，就是说可以判定假如这个时间获取锁是否能够成功），甚至在并发量居高不下时，性能还更加优越……我不禁要问，用一个Java实现的锁类去从功能上代替一个已有的同步关键字，这岂不是Java自己在抽自己嘴巴？

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
   
public class ReentrantLockUsage implements Runnable {  
   
    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();  
   
    @Override 
    public void run() {  
        lock.lock();  
   
        try {  
            System.out.println("do something 1");  
            Thread.sleep(2000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
        } finally {  
            lock.unlock(); // Why put it in finally block?  
        }  
   
        System.out.println("finish 1");  
    }  
   
    public static void main(String[] args) {  
        new Thread(new ReentrantLockUsage()).start();  
        lock.lock();  
   
        try {  
            System.out.println("do something 2");  
            Thread.sleep(2000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
        } finally {  
            lock.unlock();  
        }  
   
        System.out.println("finish 2");  
    }  
} 

其实这个问题渊源已久，JLS在最初把Java锁机制（包括synchronized关键字）定得太死，以至于无法在上面做进一步的修正和优化，无奈只好另外重新建一个类来做这些未竟的事情。如果让Jame Gosling重新回到二十多年前，他也许会选择不同的实现。

关于协程（coroutine）。很多语言都内置了对协程的实现（协程的含义请自行查阅维基百科），听起来似乎是一个崭新的名字，但是其实这个概念一点都不新，JavaScript引擎对单个页面的解析就是通过协程的方式在一个线程内完成的。协程的实现困难有两点，一个是异常的处理，一个是出入线程时现场（包括堆栈）的保存和设置。有一些开源库已经有了Java上协程的实现，如果你感兴趣的话，不妨关注Kilim和Coroutine for Java。

最后，让我们来回顾一下Java多线程发展的历史。从Java诞生到如今有二十年了，可未来会怎样，又谁知道呢？


补充2012-09-18：

jinnianshilongnian回复：

一、我觉得非原子性的++操作这句话有点模糊，如下所示：

1、nonAtomicCounter++; 不是原子的原因是因为它是静态/实例变量，需要 读/操作/写对象成员变量。可以加把锁保证读/操作/写原子性

synchronized(atomicCounter) {

nonAtomicCounter++;

}


2、如果nonAtomicCounter++; 是局部变量 仅有一条指令 iinc i,1；但局部变量又不会线程不安全；

3、nonAtomicCounter如果是long（64位）的在32位机器即使是局部变量也是线程不安全的（四火补充：在64位机器上也不是线程安全的）；

4、Atomic×××等类通过Unsafe的compareAndSwap××× 即CAS完成的。

应该是使用成员变量的++时。


二、对于文中这段话：

但是，上面的情况是对boolValue使用volatile修饰保证其可见性的情况下出现的，如果不对boolValue使用 volatile修饰，运行时就一次不会出现（起码在我的电脑上）打印“WTF!”的情形，换句话说，这反而是不太正常的，我无法猜测JVM做了什么操作，基本上唯一可以确定的是，没有用volatile修饰的时候，boolValue在获取的时候，并不能总取到最真实的值。

这个应该是工作内存 和 主内存 同步的问题。 用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。

但[boolValue == !boolValue] 和 check/swap 操作并不是原子操作。

也可以通过 在check/swap的两个boolValue加锁来保证同步

synchronized(this) { 

      boolValue = !boolValue; 

}
三、对于DCL问题那段代码，网上也有文章说即使使用volatile也不能保证DCL的安全性：

http://www.ibm.com/developerworks/java/library/j-dcl/index.html

四、说明：

你给的ibm那个文章链接也说到，“The memory model allows what is known as "out-of-order writes" and is a prime reason why this idiom fails.” 所以根因在于out of order writes，引起的问题是“partially initialized”，但是文章里面提到使用volatile不能解决问题的原因在于一些JVM的实现并不能保证顺序一致性，换句话说，对于 happens-before守则并没有严格遵守，且不说他的说法是否有根据，我谈论这个问题的时候一定是在JLS明确规定以下进行的。至于虚拟机实现上的问题，我不得而知。

FYI：

http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#dcl

http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html

另外对于element前面如果不加volatile/final的话，也不能保证解决DCL问题，这里四火做一个说明：

在于instance的可见性由volatile保证了，可是element的name并没有任何语义上的保证，这里可以使用 volatile，但是对于不可变对象其实也可以使用在这里语义弱一些的final，也是可以解决问题的，JSR133对这两个关键字的语义做了强化，我上面给的链接里面也提到了，“the values assigned to the final fields in the constructor will be visible to all other threads without synchronization”。

感谢讨论。

原文链接：http://www.raychase.net/?p=698
ref：http://developer.51cto.com/art/201209/357617_3.htm