`
grunt1223
  • 浏览: 423260 次
  • 性别: Icon_minigender_1
  • 来自: 杭州
社区版块
存档分类
最新评论

JAVA并发设计模式学习笔记(二)—— Single Threaded Execution Pattern

阅读更多
注:本文的主要参考资料为结城浩所著《JAVA多线程设计模式》。

单线程执行模式(Single Threaded Execution Pattern)是最简单的多线程设计模式,几乎所有其他的模式都在不同程度上应用了该模式。先看一个程序,通过它可以体验多线程程序无法正确执行的场景,这里所写的是个关于“只能单个通过的门”的程序:有三个人频繁地、反复地经过一个只能容许单人经过的门,当人通过门的时候,这个程序显示出通过人的“姓名”与“出生地”,其代码如下:

public class Gate {
    private int counter = 0;
    private String name = "Nobody";
    private String address = "Nowhere";
    public void pass(String name, String address) {
        this.counter++;
        this.name = name;
        this.address = address;
        check();
    }
    public String toString() {
        return "No." + counter + ": " + name + ", " + address;
    }
    private void check() {
        if (name.charAt(0) != address.charAt(0)) {
            System.out.println("***** BROKEN ***** " + toString());
        }
    }
}

public class UserThread extends Thread {
    private final Gate gate;
    private final String myname;
    private final String myaddress;
    public UserThread(Gate gate, String myname, String myaddress) {
        this.gate = gate;
        this.myname = myname;
        this.myaddress = myaddress;
    }
    public void run() {
        System.out.println(myname + " BEGIN");
        while (true) {
            gate.pass(myname, myaddress);
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Testing Gate, hit CTRL+C to exit.");
        Gate gate = new Gate();
        new UserThread(gate, "Alice", "Alaska").start();
        new UserThread(gate, "Bobby", "Brazil").start();
        new UserThread(gate, "Chris", "Canada").start();
    }
}


这里用到了一个小小的技巧:我们将姓名与出生地的“头一个”字母设计为相同(A、B或者C),因此可以通过校验两者来观察线程间是否有“互窜”的现象。

在PC机上运行一会儿,一定会打印出“***Broken***”字样,说明上述程序存在线程安全问题(确切来说,是Gate.java是非线程安全的类)。

上述现象之所以会发生,关键问题还是出在Gate类pass方法中,详细看一下代码:

public void pass(String name, String address) {
        this.counter++;
        this.name = name;
        this.address = address;
        check();
}


为简单说明,现假设只有两个线程(Alice与Bobby),它们每次调用pass的顺序可能是完全随机的,因此会存在某一刻,pass中的四条语句可能是交错执行的;假设它们的执行顺序如下:

线程Alice线程Bobbythis.name的值this.address的值
this.counter++;this.counter++;(之前的值)(之前的值)
this.name = name;"Bobby"(之前的值)
this.name = name;"Alice"(之前的值)
this.address = address;"Alice""Alaska"
this.address = address;"Alice""Brazil"
check();check();"Alice""Brazil"


线程Alice线程Bobbythis.name的值this.address的值
this.counter++;this.counter++;(之前的值)(之前的值)
this.name = name;"Alice"(之前的值)
this.name = name;"Bobby"(之前的值)
this.address = address;"Bobby""Brazil"
this.address = address;"Bobby""Alaska"
check();check();"Bobby""Alaska"


无论发生上述哪一种,都会使name与address出现非预期的结果。以上是没有使用Single Threaded Execution Pattern的情况。如需做线程安全的改造,可将Gate改造为如下:

public class Gate {
    private int counter = 0;
    private String name = "Nobody";
    private String address = "Nowhere";
    public synchronized void pass(String name, String address) {
        this.counter++;
        this.name = name;
        this.address = address;
        check();
    }
    public synchronized String toString() {
        return "No." + counter + ": " + name + ", " + address;
    }
    private void check() {
        if (name.charAt(0) != address.charAt(0)) {
            System.out.println("***** BROKEN ***** " + toString());
        }
    }
}


在我的机器上,无论多久都没有显示BROKEN消息。这个执行结果虽然不能证明Gate类的安全性,但我们可以说该程序安全的可能性很大。

上述情况之所以会显示BROKEN,是因为pass方法内的程序可能会被多个线程穿插执行。synchronized方法,能够保证同时只有一个线程可以执行它。线程Alice执行pass方法的时候,线程Bobby就不能调用pass方法。在线程Alice执行完pass方法之前,线程Bobby会在pass方法的入口处被阻挡下。当线程Alice执行完pass方法之后,将锁定解除线程Bobby才可以开始执行pass方法。所有,只要将pass方法声明称synchronized的,就绝对不会出现上面表中的情况;而一定是下图的两种情况之一:

线程Alice线程Bobbythis.name的值this.address的值
【获取锁定】
this.counter++(之前的值)(之前的值)
this.name = name"Alice"(之前的值)
this.address = address"Alice""Alaska"
check();"Alice""Alaska"
【解除锁定】
【获取锁定】
this.counter++"Alice""Alaska"
this.name = name"Bobby""Alaska"
this.address = address"Bobby""Brazil"
check();"Bobby""Brazil"
【解除锁定】


线程Alice线程Bobbythis.name的值this.address的值
【获取锁定】
this.counter++(之前的值)(之前的值)
this.name = name"Bobby"(之前的值)
this.address = address"Bobby""Brazil"
check();"Bobby""Brazil"
【解除锁定】
【获取锁定】
this.counter++"Bobby""Brazil"
this.name = name"Alice""Brazil"
this.address = address"Alice""Alaska"
check();"Alice""Alaska"
【解除锁定】


这里再说明一下,toString方法需要加上synchronized的理由,以及check方法不加上synchronized的理由:
  • 假设线程A正在调用pass方法,而线程B此时正在调用toString,由于线程B在引用name之后再引用address,此间隙线程A可能会改掉address的值,因此可能会输出不一致的name与address;即此时,pass是线程安全的,但toString却不是线程安全的。
  • 由于check方法是private的,这意味着它不会被客户端直接调用,而唯一调用check方法的pass已被设成synchronized了,因此,不需要再将check设置成synchronized方法。虽然将check方法设置成synchronized不会产生问题,但锁定会带来一定的开销,因此完全没有必要。


总的来说,一个多线程下的程序,往往有会一块“限制多个线程访问”的程序块,这部分可称为临界区。临界区的存在一定会使程序的执行性能下降,主要是因为:
  • 获取锁定需要花时间
  • 线程冲突时必须进行等待。当一个线程执行临界区内的操作时,其他要进入临界区的线程会被阻挡。


学习&理解该模式的一个很好的方法,就是每当看见synchronized方法时,都去思考一下“该synchronized是在保护什么东西”?在上面的例子中,这个方法实质上是在保护counter、name以及address字段不会被多个线程同时访问。

如果我们为Gate类添加synchronized的setter方法,它还是线程安全的吗?

public synchronized void setName(String name)
{
    this.name = name;
}

public synchronized void setAddress(String address)
{
    this.address = address;
}


尽管这些方法都被设置成synchronized了,但是Gate类还是不安全的。因为name与address非得合在一起赋值才行。之所以将pass方法设置成synchronized,主要就是为了不要让多个线程穿插赋值。如果开放出setName、setAddress等方法,线程对字段的赋值操作就被分散了。因此,要保护,就要合在一起保护,否则是没有意义的。

另外,调用synchronized方法的线程,一定会获取this的锁定。一个实例的锁定,某个时刻内只能被一个线程所享用。换句话说,如果实例不同,即使用synchronized方法保护,多个线程还是能各自执行。
2
10
分享到:
评论

相关推荐

    Scratch图形化编程语言入门与进阶指南

    内容概要:本文全面介绍了Scratch编程语言,包括其历史、发展、特点、主要组件以及如何进行基本和进阶编程操作。通过具体示例,展示了如何利用代码块制作动画、游戏和音乐艺术作品,并介绍了物理模拟、网络编程和扩展库等功能。 适合人群:编程初学者、教育工作者、青少年学生及对编程感兴趣的各年龄段用户。 使用场景及目标:①帮助初学者理解编程的基本概念和逻辑;②提高学生的创造力、逻辑思维能力和问题解决能力;③引导用户通过实践掌握Scratch的基本和高级功能,制作个性化作品。 其他说明:除了基础教学,文章还提供了丰富的学习资源和社区支持,帮助用户进一步提升技能。

    mmexport1734874094130.jpg

    mmexport1734874094130.jpg

    基于simulink的悬架仿真模型,有主动悬架被动悬架天棚控制半主动悬架 1基于pid控制的四自由度主被动悬架仿真模型 2基于模糊控制的二自由度仿真模型,对比pid控制对比被动控制,的比较说明

    基于simulink的悬架仿真模型,有主动悬架被动悬架天棚控制半主动悬架 [1]基于pid控制的四自由度主被动悬架仿真模型 [2]基于模糊控制的二自由度仿真模型,对比pid控制对比被动控制,的比较说明 [3]基于天棚控制的二自由度悬架仿真 以上模型,说明文档齐全,仿真效果明显

    【组合数学答案】组合数学-苏大李凡长版-课后习题答案

    内容概要:本文档是《组合数学答案-网络流传版.pdf》的内容,主要包含了排列组合的基础知识以及一些经典的组合数学题目。这些题目涵盖了从排列数计算、二项式定理的应用到容斥原理的实际应用等方面。通过对这些题目的解析,帮助读者加深对组合数学概念和技巧的理解。 适用人群:适合初学者和有一定基础的学习者。 使用场景及目标:可以在学习组合数学课程时作为练习题参考,也可以在复习考试或准备竞赛时使用,目的是提高解决组合数学问题的能力。 其他说明:文档中的题目覆盖了组合数学的基本知识点,适合逐步深入学习。每个题目都有详细的解答步骤,有助于读者掌握解题思路和方法。

    YOLO算法-雨水排放涵洞模型数据集-1000张图像带标签-.zip

    YOLO系列算法目标检测数据集,包含标签,可以直接训练模型和验证测试,数据集已经划分好,包含数据集配置文件data.yaml,适用yolov5,yolov8,yolov9,yolov7,yolov10,yolo11算法; 包含两种标签格:yolo格式(txt文件)和voc格式(xml文件),分别保存在两个文件夹中,文件名末尾是部分类别名称; yolo格式:<class> <x_center> <y_center> <width> <height>, 其中: <class> 是目标的类别索引(从0开始)。 <x_center> 和 <y_center> 是目标框中心点的x和y坐标,这些坐标是相对于图像宽度和高度的比例值,范围在0到1之间。 <width> 和 <height> 是目标框的宽度和高度,也是相对于图像宽度和高度的比例值; 【注】可以下拉页面,在资源详情处查看标签具体内容;

    操作系统实验 Ucore lab5

    操作系统实验 Ucore lab5

    学生成绩管理系统软件界面

    基于matlab开发的学生成绩管理系统GUI界面,可以实现学生成绩载入,显示,处理及查询。

    NVR-K51-BL-CN-V4.50.010-210322

    老版本4.0固件,(.dav固件包),支持7700N-K4,7900N-K4等K51平台,升级后出现异常或变砖可使用此版本。请核对自己的机器信息,确认适用后在下载。

    YOLO算法-塑料数据集-7张图像带标签-塑料.zip

    YOLO系列算法目标检测数据集,包含标签,可以直接训练模型和验证测试,数据集已经划分好,包含数据集配置文件data.yaml,适用yolov5,yolov8,yolov9,yolov7,yolov10,yolo11算法; 包含两种标签格:yolo格式(txt文件)和voc格式(xml文件),分别保存在两个文件夹中,文件名末尾是部分类别名称; yolo格式:<class> <x_center> <y_center> <width> <height>, 其中: <class> 是目标的类别索引(从0开始)。 <x_center> 和 <y_center> 是目标框中心点的x和y坐标,这些坐标是相对于图像宽度和高度的比例值,范围在0到1之间。 <width> 和 <height> 是目标框的宽度和高度,也是相对于图像宽度和高度的比例值; 【注】可以下拉页面,在资源详情处查看标签具体内容;

    YOLO算法-杂草检测项目数据集-3970张图像带标签-杂草.zip

    YOLO算法-杂草检测项目数据集-3970张图像带标签-杂草.zip

    E008 库洛米(3页).zip

    E008 库洛米(3页).zip

    基于西门子 PLC 的晶圆研磨机自动控制系统设计与实现-论文

    内容概要:本文详细阐述了基于西门子PLC的晶圆研磨机自动控制系统的设计与实现。该系统结合了传感器技术、电机驱动技术和人机界面技术,实现了晶圆研磨过程的高精度和高效率控制。文中详细介绍了控制系统的硬件选型与设计、软件编程与功能实现,通过实验测试和实际应用案例验证了系统的稳定性和可靠性。 适合人群:具备一定的自动化控制和机械设计基础的工程师、研究人员以及从事半导体制造的技术人员。 使用场景及目标:本研究为半导体制造企业提供了一种有效的自动化解决方案,旨在提高晶圆研磨的质量和生产效率,降低劳动强度和生产成本。系统适用于不同规格晶圆的研磨作业,可以实现高精度、高效率、自动化的晶圆研磨过程。 阅读建议:阅读本文时,重点关注晶圆研磨工艺流程和技术要求,控制系统的硬件和软件设计方法,以及实验测试和结果分析。这将有助于读者理解和掌握该自动控制系统的实现原理和应用价值。

    YOLO算法-禾本科杂草数据集-4760张图像带标签.zip

    YOLO系列算法目标检测数据集,包含标签,可以直接训练模型和验证测试,数据集已经划分好,包含数据集配置文件data.yaml,适用yolov5,yolov8,yolov9,yolov7,yolov10,yolo11算法; 包含两种标签格:yolo格式(txt文件)和voc格式(xml文件),分别保存在两个文件夹中,文件名末尾是部分类别名称; yolo格式:<class> <x_center> <y_center> <width> <height>, 其中: <class> 是目标的类别索引(从0开始)。 <x_center> 和 <y_center> 是目标框中心点的x和y坐标,这些坐标是相对于图像宽度和高度的比例值,范围在0到1之间。 <width> 和 <height> 是目标框的宽度和高度,也是相对于图像宽度和高度的比例值; 【注】可以下拉页面,在资源详情处查看标签具体内容;

    深圳建筑安装公司“挖掘机安全操作规程”.docx

    深圳建筑安装公司“挖掘机安全操作规程”

    YOLO算法-汽车数据集-120张图像带标签-汽车.zip

    YOLO系列算法目标检测数据集,包含标签,可以直接训练模型和验证测试,数据集已经划分好,包含数据集配置文件data.yaml,适用yolov5,yolov8,yolov9,yolov7,yolov10,yolo11算法; 包含两种标签格:yolo格式(txt文件)和voc格式(xml文件),分别保存在两个文件夹中,文件名末尾是部分类别名称; yolo格式:<class> <x_center> <y_center> <width> <height>, 其中: <class> 是目标的类别索引(从0开始)。 <x_center> 和 <y_center> 是目标框中心点的x和y坐标,这些坐标是相对于图像宽度和高度的比例值,范围在0到1之间。 <width> 和 <height> 是目标框的宽度和高度,也是相对于图像宽度和高度的比例值; 【注】可以下拉页面,在资源详情处查看标签具体内容;

    大题解题方法等4个文件.zip

    大题解题方法等4个文件.zip

    保障性安居工程考评内容和评价标准.docx

    保障性安居工程考评内容和评价标准.docx

    监督机构检查记录表.docx

    监督机构检查记录表.docx

    (177588850)基于java+mysql+swing的学生选课成绩信息系统

    该项目适合初学者进行学习,有效的掌握java、swing、mysql等技术的基础知识。资源包含源码、视频和文档 资源下载|如果你正在做毕业设计,需要源码和论文,各类课题都可以,私聊我。 商务合作|如果你是在校大学生,正好你又懂语言编程,或者你可以找来需要做毕设的伙伴,私聊我。。内容来源于网络分享,如有侵权请联系我删除。另外如果没有积分的同学需要下载,请私信我。

    218) Leverage - 创意机构与作品集 WordPress 主题 2.2.7.zip

    218) Leverage - 创意机构与作品集 WordPress 主题 2.2.7.zip

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics