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多线程编程 thread IE JDK

2008-08-12 programming (中级程序员)
四种方式 sychronized关键字

1. sychronized method(){}

2. sychronized (objectReference) {/*block*/}

3. static synchronized method(){}

4. sychronized(classname.class)

其中1和2是代表锁当前对象，即一个对象就一个锁，3和4代表锁这个类，即这个类的锁
要注意的是sychronized method()不是锁这个函数，而是锁对象，即：如果这个类中有两个方法都是sychronized，那么只要有两个线程共享一个该类的 reference，每个调用这两个方法之一，不管是否同一个方法，都会用这个对象锁进行同步。锁类的3和4类推，即该类的不同reference调用了 sychronized区段的咚咚就会受类锁的控制

还有，如果两个函数调用的先后顺序不能被打断，那么可以有个专门的锁对象来完成这个任务：
class MyLock
{
synchronized getLock()
{
//####还没写完
}
}

五个等级参见effective java Item 52 ： Document thread safety

1. immutable 不可变对象

2. thread-safe 线程安全的，可以放心使用，如java.util.Timer

3. conditionally thread-safe 条件线程安全的，如Vector和Hashtable，一般是安全的，除非存在几个方法调用之间的顺序不能被打断，这时可以用额外的锁来完成

4. thread-compatible 可以使用synchronized （objectReference)来协助完成对线程的调用

5. thread-hostile 不安全的

wait & notifyAll

在循环中使用wait 使用notifyAll而不是notify

pipe

java中也有pipe的，四个类：PipedInputStream, PipedInputReader, PipedOutputStream, PipedOutputWriter 下面是一段生产者消费者的代码（摘自core javaII）：

/* set up pipes */
PipedOutputStream pout1 = new PipedOutputStream();
PipedInputStream pin1 = new PipedInputStream(pout1);
PipedOutputStream pout2 = new PipedOutputStream();
PipedInputStream pin2 = new PipedInputStream(pout2);
/* construct threads */
Producer prod = new Producer(pout1);
Filter filt = new Filter(pin1, pout2);
Consumer cons = new Consumer(pin2);
/* start threads */
prod.start(); filt.start(); cons.start();

注意

long 和double是简单类型中两个特殊的咚咚：java读他们要读两次，所以需要同步
死锁是一个经典的多线程问题，因为不同的线程都在等待那些根本不可能被释放的锁，从而导致所有的工作都无法完成。假设有两个线程，分别代表两个饥饿的人，他们必须共享刀叉并轮流吃饭。他们都需要获得两个锁：共享刀和共享叉的锁。假如线程 "A" 获得了刀，而线程 "B" 获得了叉。线程 A 就会进入阻塞状态来等待获得叉，而线程 B 则阻塞来等待 A 所拥有的刀。这只是人为设计的例子，但尽管在运行时很难探测到，这类情况却时常发生。虽然要探测或推敲各种情况是非常困难的，但只要按照下面几条规则去设计系统，就能够避免死锁问题：

* 让所有的线程按照同样的顺序获得一组锁。这种方法消除了 X 和 Y 的拥有者分别等待对方的资源的问题。

*

* 将多个锁组成一组并放到同一个锁下。前面死锁的例子中，可以创建一个银器对象的锁。于是在获得刀或叉之前都必须获得这个银器的锁。

*

* 将那些不会阻塞的可获得资源用变量标志出来。当某个线程获得银器对象的锁时，就可以通过检查变量来判断是否整个银器集合中的对象锁都可获得。如果是，它就可以获得相关的锁，否则，就要释放掉银器这个锁并稍后再尝试。

*

* 最重要的是，在编写代码前认真仔细地设计整个系统。多线程是困难的，在开始编程之前详细设计系统能够帮助你避免难以发现死锁的问题。

Volatile 变量. volatile 关键字是 Java 语言为优化编译器设计的。以下面的代码为例：

class VolatileTest {

public void foo() {

boolean flag = false;

if(flag) {

//this could happen

}

}

}

一个优化的编译器可能会判断出 if 部分的语句永远不会被执行，就根本不会编译这部分的代码。如果这个类被多线程访问， flag 被前面某个线程设置之后，在它被 if 语句测试之前，可以被其他线程重新设置。用 volatile 关键字来声明变量，就可以告诉编译器在编译的时候，不需要通过预测变量值来优化这部分的代码。

无法访问的线程有时候虽然获取对象锁没有问题，线程依然有可能进入阻塞状态。在 Java 编程中 IO 就是这类问题最好的例子。当线程因为对象内的 IO 调用而阻塞时，此对象应当仍能被其他线程访问。该对象通常有责任取消这个阻塞的 IO 操作。造成阻塞调用的线程常常会令同步任务失败。如果该对象的其他方法也是同步的，当线程被阻塞时，此对象也就相当于被冷冻住了。其他的线程由于不能获得对象的锁，就不能给此对象发消息（例如，取消 IO 操作）。必须确保不在同步代码中包含那些阻塞调用，或确认在一个用同步阻塞代码的对象中存在非同步方法。尽管这种方法需要花费一些注意力来保证结果代码安全运行，但它允许在拥有对象的线程发生阻塞后，该对象仍能够响应其他线程。

调用 yield() 方法能够将当前的线程从处理器中移出到准备就绪队列中。另一个方法则是调用 sleep() 方法，使线程放弃处理器，并且在 sleep 方法中指定的时间间隔内睡眠。

正如你所想的那样，将这些方法随意放在代码的某个地方，并不能够保证正常工作。如果线程正拥有一个锁（因为它在一个同步方法或代码块中），则当它调用 yield() 时不能够释放这个锁。这就意味着即使这个线程已经被挂起，等待这个锁释放的其他线程依然不能继续运行。为了缓解这个问题，最好不在同步方法中调用 yield 方法。将那些需要同步的代码包在一个同步块中，里面不含有非同步的方法，并且在这些同步代码块之外才调用 yield。

另外一个解决方法则是调用 wait() 方法，使处理器放弃它当前拥有的对象的锁。如果对象在方法级别上使同步的，这种方法能够很好的工作。因为它仅仅使用了一个锁。如果它使用 fine-grained 锁，则 wait() 将无法放弃这些锁。此外，一个因为调用 wait() 方法而阻塞的线程，只有当其他线程调用 notifyAll() 时才会被唤醒。

在进行多线程编程时，经常要使用同步互斥机构，但java本身没有提供的同步互斥机构，仅提供了两个与同步互斥有关的方法：wait()和notify()，可以用来设计信号量类：mySemaphore，它是按照Dijkstra提出的计数信号量的思想设计的。

mySemaphore有两个最重要的成员方法：P()和V()。这两个方法实际就实现了信号量的P操作和V操作。具体描述如下：

public synchronized void P(){

semaphore--;

if(semaphore<0){

try{

wait();

}catch(InterruptedException ie){}

}

}

public synchronized void V(){

semaphore++;

if(semaphore<=0)

notify();

}

其中，semaphore变量记录了信号量的状态，wait()方法相当于block原语，用于阻塞线程的执行，notify()方法相当于wakeup 原语，用于唤醒线程恢复运行。由于这两个方法定义为synchronized，这样java虚拟机可保证这两个方法的原子执行，从而实现了P、V操作。

二、管道

并发程序的多个线程之间的通讯通常是使用管道进行，jdk提供了两个管道类：PipedInpuStream和PipedOutputStream，前者用于输入，后者用于输出。这两种管道应该是能够多次连接和关闭，在实现过程中，却发现它们在关闭后，不能重新建立连接。经过仔细调试后，发现jdk的源代码在处理关闭时释放资源存在着缺陷，因此需要编写自己的管道类：MyPipedInputStream和MyPipedOutputStream。这两个类直接从InputStream和OutputStream继承而来，其成员方法与实现基本与PipedInputStream和 PipedOutputStream一致，只是在处理关闭时，将类中的成员变量的值恢复成未连接时的初始值。另外，原有的管道了提供的管道容量只有 1024个字节，在传输数据量较大时，可能会发生溢出，而在自己的管道类中可以任意设置管道容量，例如可以根据需要把管道容量设为64KB。以下仅给出了相应的关闭例程：

1．MyPipedInputStream

public void close() throws IOException {

in = -1;

out = 0;

closedByReader = true;

connected = false;

closed = true;

buffer = new byte[PIPE_SIZE];

}

2．MyPipedOutputStream

public void close() throws IOException {

if (sink != null) {

sink.receivedLast();

sink.closed = true;

}

sink = null;

connected = false;

}

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