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java线程安全

为一个Java web开发人员，很少也不需要去处理线程，因为服务器已经帮我们处理好了。记得大一刚学Java的时候，老师带着我们做了一个局域网聊天室，用到了AWT、Socket、多线程、I/O，编写的客户端和服务器，当时做出来很兴奋，回学校给同学们演示，感觉自己好NB，呵呵，扯远了。上次在百度开发者大会上看到一个提示语，自己写的代码，6个月不看也是别人的代码，自己学的知识也同样如此，学完的知识如果不使用或者不常常回顾，那么还不是自己的知识。大学零零散散搞了不到四年的Java，我相信很多人都跟我一样，JavaSE基础没打牢，就急忙忙、兴冲冲的搞JavaEE了，然后学习一下前台开发(html、css、javascript)，有可能还搞搞jquery、extjs，再然后是Struts、hibernate、spring，然后听说找工作得会linux、oracle，又去学，在这个过程中，是否迷失了，虽然学习面很广，但就像《神雕侠侣》中黄药师评价杨过，博而不精、杂而不纯，这一串下来，感觉做Java开发好难，并不是学着难，而是知识面太广了，又要精通这个，又要精通那个，这只是我迷茫时候的想法，现在我已经找到方向了。

        回归正题，当我们查看JDK API的时候，总会发现一些类说明写着，线程安全或者线程不安全，比如说StringBuilder中，有这么一句，“将StringBuilder 的实例用于多个线程是不安全的。如果需要这样的同步，则建议使用StringBuffer。 ”，那么下面手动创建一个线程不安全的类，然后在多线程中使用这个类，看看有什么效果。

        Count.java：

[java]  view plain copy print ?
  1. public class Count {  
  2.     private int num;  
  3.     public void count() {  
  4.         for(int i = 1; i <= 10; i++) {  
  5.             num += i;  
  6.         }  
  7.         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + num);  
  8.     }  
  9. }  
        在这个类中的count方法是计算1一直加到10的和，并输出当前线程名和总和，我们期望的是每个线程都会输出55。

        ThreadTest.java：

[java]  view plain copy print ?
  1. public class ThreadTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Runnable runnable = new Runnable() {  
  4.             Count count = new Count();  
  5.             public void run() {  
  6.                 count.count();  
  7.             }  
  8.         };  
  9.         for(int i = 0; i < 10; i++) {  
  10.             new Thread(runnable).start();  
  11.         }  
  12.     }  
  13. }  
        这里启动了10个线程，看一下输出结果：

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  1. Thread-0-55  
  2. Thread-1-110  
  3. Thread-2-165  
  4. Thread-4-220  
  5. Thread-5-275  
  6. Thread-6-330  
  7. Thread-3-385  
  8. Thread-7-440  
  9. Thread-8-495  
  10. Thread-9-550  
        只有Thread-0线程输出的结果是我们期望的，而输出的是每次都累加的，这里累加的原因以后的博文会说明，那么要想得到我们期望的结果，有几种解决方案：

        1. 将Count中num变成count方法的局部变量；

[java]  view plain copy print ?
  1. public class Count {  
  2.     public void count() {  
  3.         int num = 0;  
  4.         for(int i = 1; i <= 10; i++) {  
  5.             num += i;  
  6.         }  
  7.         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + num);  
  8.     }  
  9. }  

        2. 将线程类成员变量拿到run方法中；

[java]  view plain copy print ?
  1. public class ThreadTest4 {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Runnable runnable = new Runnable() {  
  4.             public void run() {  
  5.                 Count count = new Count();  
  6.                 count.count();  
  7.             }  
  8.         };  
  9.         for(int i = 0; i < 10; i++) {  
  10.             new Thread(runnable).start();  
  11.         }  
  12.     }  
  13. }   

        3. 每次启动一个线程使用不同的线程类，不推荐。
        上述测试，我们发现，存在成员变量的类用于多线程时是不安全的，而变量定义在方法内是线程安全的。想想在使用struts1时，不推荐创建成员变量，因为action是单例的，如果创建了成员变量，就会存在线程不安全的隐患，而struts2是每一次请求都会创建一个action，就不用考虑线程安全的问题。

上篇通过一个简单的例子说明了线程安全与不安全，在例子中不安全的情况下输出的结果恰好是逐个递增的，为什么会产生这样的结果呢，因为建立的Count对象是线程共享的，一个线程改变了其成员变量num值，下一个线程正巧读到了修改后的num，所以会递增输出。

        要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性，可见性和有序性。多个线程之间是不能直接传递数据交互的，它们之间的交互只能通过共享变量来实现。拿上篇博文中的例子来说明，在多个线程之间共享了Count类的一个对象，这个对象是被创建在主内存(堆内存)中，每个线程都有自己的工作内存(线程栈)，工作内存存储了主内存Count对象的一个副本，当线程操作Count对象时，首先从主内存复制Count对象到工作内存中，然后执行代码count.count()，改变了num值，最后用工作内存Count刷新主内存Count。当一个对象在多个内存中都存在副本时，如果一个内存修改了共享变量，其它线程也应该能够看到被修改后的值，此为可见性。由上述可知，一个运算赋值操作并不是一个原子性操作，多个线程执行时，CPU对线程的调度是随机的，我们不知道当前程序被执行到哪步就切换到了下一个线程，一个最经典的例子就是银行汇款问题，一个银行账户存款100，这时一个人从该账户取10元，同时另一个人向该账户汇10元，那么余额应该还是100。那么此时可能发生这种情况，A线程负责取款，B线程负责汇款，A从出内存读到100，B从主内存读到100，A执行减10操作，并将数据刷新到主内存，这时主内存数据100-10=90，而B内存执行加10操作，并将数据刷新到主内存，最后主内存数据100+10=110，显然这是一个严重的问题，我们要保证A线程和B线程有序执行，先取款后汇款或者先汇款后取款，此为有序性。

        下面同样用代码来展示一下线程同步问题。

        TraditionalThreadSynchronized.java：创建两个线程，执行同一个对象的输出方法。

[java]  view plain copy print ?
  1. public class TraditionalThreadSynchronized {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         final Outputter output = new Outputter();  
  4.         new Thread() {  
  5.             public void run() {  
  6.                 output.output("zhangsan");  
  7.             };  
  8.         }.start();        
  9.         new Thread() {  
  10.             public void run() {  
  11.                 output.output("lisi");  
  12.             };  
  13.         }.start();  
  14.     }  
  15. }  
  16. class Outputter {  
  17.     public void output(String name) {  
  18.         // TODO 为了保证对name的输出不是一个原子操作，这里逐个输出name的每个字符  
  19.         for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
  20.             System.out.print(name.charAt(i));  
  21.         }  
  22.     }  
  23. }  
        运行结果：

[java]  view plain copy print ?
  1. zhlainsigsan  
        显然输出的字符串被打乱了，我们期望的输出结果是zhangsanlisi，这就是线程同步问题，我们希望output方法被一个线程完整的执行完之后在切换到下一个线程，Java中使用synchronized保证一段代码在多线程执行时是互斥的，有两种用法：

        1. 使用synchronized将需要互斥的代码包含起来，并上一把锁。

[java]  view plain copy print ?
  1. synchronized (this) {  
  2.     for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
  3.         System.out.print(name.charAt(i));  
  4.     }  
  5. }  
        这把锁必须是线程间的共享对象，像下面的代码是没有意义的。

[java]  view plain copy print ?
  1. Object lock = new Object();  
  2. synchronized (lock) {  
  3.     for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
  4.         System.out.print(name.charAt(i));  
  5.     }  
  6. }  
        每次进入output方法都会创建一个新的lock，这个锁显然每个线程都会创建，没有意义。

        2. 将synchronized加在需要互斥的方法上。

[java]  view plain copy print ?
  1. public synchronized void output(String name) {  
  2.     // TODO 线程输出方法  
  3.     for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
  4.         System.out.print(name.charAt(i));  
  5.     }  
  6. }  
        这种方式就相当于用this锁住整个方法内的代码块，如果用synchronized加在静态方法上，就相当于用××××.class锁住整个方法内的代码块。使用synchronized在某些情况下会造成死锁，死锁问题以后会说明。

        每个锁对象都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列，就绪队列存储了将要获得锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程，当一个线程被唤醒(notify)后，才会进入到就绪队列，等待CPU的调度，反之，当一个线程被wait后，就会进入阻塞队列，等待下一次被唤醒，这个涉及到线程间的通信，下一篇博文会说明。看我们的例子，当地一个线程执行输出方法时，获得同步锁，执行输出方法，恰好此时第二个线程也要执行输出方法，但发现同步锁没有被释放，第二个线程就会进入就绪队列，等待锁被释放。一个线程执行互斥代码过程如下：

        1. 获得同步锁；

        2. 清空工作内存；

        3. 从主内存拷贝对象副本到工作内存；

        4. 执行代码(计算或者输出等)；

        5. 刷新主内存数据；

        6. 释放同步锁。

        所以，synchronized既保证了多线程的并发有序性，又保证了多线程的内存可见性。

        volatile是第二种Java多线程同步的手段，根据JLS的说法，一个变量可以被volatile修饰，在这种情况下内存模型确保所有线程可以看到一致的变量值，来看一段代码：

[java]  view plain copy print ?
  1. class Test {  
  2.     static int i = 0, j = 0;  
  3.     static void one() {  
  4.         i++;  
  5.         j++;  
  6.     }  
  7.     static void two() {  
  8.         System.out.println("i=" + i + " j=" + j);  
  9.     }  
  10. }  
        一些线程执行one方法，另一些线程执行two方法，two方法有可能打印出j比i大的值，按照之前分析的线程执行过程分析一下：

        1. 将变量i从主内存拷贝到工作内存；

        2. 改变i的值；

        3. 刷新主内存数据；

        4. 将变量j从主内存拷贝到工作内存；

        5. 改变j的值；

        6. 刷新主内存数据；

        这个时候执行two方法的线程先读取了主存i原来的值又读取了j改变后的值，这就导致了程序的输出不是我们预期的结果，那么可以在共享变量之前加上volatile。

[java]  view plain copy print ?
  1. class Test {  
  2.     static volatile int i = 0, j = 0;  
  3.     static void one() {  
  4.         i++;  
  5.         j++;  
  6.     }  
  7.     static void two() {  
  8.         System.out.println("i=" + i + " j=" + j);  
  9.     }  
  10. }  

        加上volatile可以将共享变量i和j的改变直接响应到主内存中，这样保证了i和j的值可以保持一致，然而我们不能保证执行two方法的线程是在i和j执行到什么程度获取到的，所以volatile可以保证内存可见性，不能保证并发有序性。           

上一篇讲述了线程的互斥(同步)，但是在很多情况下，仅仅同步是不够的，还需要线程与线程协作(通信)，生产者/消费者模式是一个经典的线程同步以及通信的模型。

        假设有这样一种情况，有一个盘子，盘子里只能放一个鸡蛋，A线程专门往盘子里放鸡蛋，如果盘子里有鸡蛋，则一直等到盘子里没鸡蛋，B线程专门从盘子里取鸡蛋，如果盘子里没鸡蛋，则一直等到盘子里有鸡蛋。这里盘子是一个互斥区，每次放鸡蛋是互斥的，每次取鸡蛋也是互斥的，A线程放鸡蛋，如果这时B线程要取鸡蛋，由于A没有释放锁，B线程处于等待状态，进入阻塞队列，放鸡蛋之后，要通知B线程取鸡蛋，B线程进入就绪队列，反过来，B线程取鸡蛋，如果A线程要放鸡蛋，由于B线程没有释放锁，A线程处于等待状态，进入阻塞队列，取鸡蛋之后，要通知A线程放鸡蛋，A线程进入就绪队列。我们希望当盘子里有鸡蛋时，A线程阻塞，B线程就绪，盘子里没鸡蛋时，A线程就绪，B线程阻塞，代码如下：

[java]  view plain copy print ?
  1. import java.util.ArrayList;  
  2. import java.util.List;  
  3. /** 定义一个盘子类，可以放鸡蛋和取鸡蛋 */  
  4. public class Plate {  
  5.     /** 装鸡蛋的盘子 */  
  6.     List<Object> eggs = new ArrayList<Object>();  
  7.     /** 取鸡蛋 */  
  8.     public synchronized Object getEgg() {  
  9.         while (eggs.size() == 0) {  
  10.             try {  
  11.                 wait();  
  12.             } catch (InterruptedException e) {  
  13.                 e.printStackTrace();  
  14.             }  
  15.         }  
  16.         Object egg = eggs.get(0);  
  17.         eggs.clear();// 清空盘子  
  18.         notify();// 唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列  
  19.         System.out.println("拿到鸡蛋");  
  20.         return egg;  
  21.     }  
  22.     /** 放鸡蛋 */  
  23.     public synchronized void putEgg(Object egg) {  
  24.         while (eggs.size() > 0) {  
  25.             try {  
  26.                 wait();  
  27.             } catch (InterruptedException e) {  
  28.                 e.printStackTrace();  
  29.             }  
  30.         }  
  31.         eggs.add(egg);// 往盘子里放鸡蛋  
  32.         notify();// 唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列  
  33.         System.out.println("放入鸡蛋");  
  34.     }  
  35.     static class AddThread extends Thread {  
  36.         private Plate plate;  
  37.         private Object egg = new Object();  
  38.         public AddThread(Plate plate) {  
  39.             this.plate = plate;  
  40.         }  
  41.         public void run() {  
  42.             plate.putEgg(egg);  
  43.         }  
  44.     }  
  45.     static class GetThread extends Thread {  
  46.         private Plate plate;  
  47.         public GetThread(Plate plate) {  
  48.             this.plate = plate;  
  49.         }  
  50.         public void run() {  
  51.             plate.getEgg();  
  52.         }  
  53.     }  
  54.     public static void main(String args[]) {  
  55.         Plate plate = new Plate();  
  56.         for(int i = 0; i < 10; i++) {  
  57.             new Thread(new AddThread(plate)).start();  
  58.             new Thread(new GetThread(plate)).start();  
  59.         }  
  60.     }  
  61. }  
        输出结果：

[java]  view plain copy print ?
  1. 放入鸡蛋  
  2. 拿到鸡蛋  
  3. 放入鸡蛋  
  4. 拿到鸡蛋  
  5. 放入鸡蛋  
  6. 拿到鸡蛋  
  7. 放入鸡蛋  
  8. 拿到鸡蛋  
  9. 放入鸡蛋  
  10. 拿到鸡蛋  
  11. 放入鸡蛋  
  12. 拿到鸡蛋  
  13. 放入鸡蛋  
  14. 拿到鸡蛋  
  15. 放入鸡蛋  
  16. 拿到鸡蛋  
  17. 放入鸡蛋  
  18. 拿到鸡蛋  
  19. 放入鸡蛋  
  20. 拿到鸡蛋  
        8 l程序开始，A线程判断盘子是否为空，放入一个鸡蛋，并且唤醒在阻塞队列的一个线程，阻塞队列为空；假设CPU又调度了一个A线程，盘子非空，执行等待，这个A线程进入阻塞队列；然后一个B线程执行，盘子非空，取走鸡蛋，并唤醒阻塞队列的A线程，A线程进入就绪队列，此时就绪队列就一个A线程，马上执行，放入鸡蛋；如果再来A线程重复第一步，在来B线程重复第二步，整个过程就是生产者(A线程)生产鸡蛋，消费者(B线程)消费鸡蛋。

        前段时间看了张孝祥老师线程的视频，讲述了一个其学员的面试题，也是线程通信的，在此也分享一下。

        题目：子线程循环10次，主线程循环100次，如此循环100次，好像是空中网的笔试题。

[java]  view plain copy print ?
  1. public class ThreadTest2 {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         final Business business = new Business();  
  4.         new Thread(new Runnable() {  
  5.             @Override  
  6.             public void run() {  
  7.                 threadExecute(business, "sub");  
  8.             }  
  9.         }).start();  
  10.         threadExecute(business, "main");  
  11.     }     
  12.     public static void threadExecute(Business business, String threadType) {  
  13.         for(int i = 0; i < 100; i++) {  
  14.             try {  
  15.                 if("main".equals(threadType)) {  
  16.                     business.main(i);  
  17.                 } else {  
  18.                     business.sub(i);  
  19.                 }  
  20.             } catch (InterruptedException e) {  
  21.                 e.printStackTrace();  
  22.             }  
  23.         }  
  24.     }  
  25. }  
  26. class Business {  
  27.     private boolean bool = true;  
  28.     public synchronized void main(int loop) throws InterruptedException {  
  29.         while(bool) {  
  30.             this.wait();  
  31.         }  
  32.         for(int i = 0; i < 100; i++) {  
  33.             System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
  34.         }  
  35.         bool = true;  
  36.         this.notify();  
  37.     }     
  38.     public synchronized void sub(int loop) throws InterruptedException {  
  39.         while(!bool) {  
  40.             this.wait();  
  41.         }  
  42.         for(int i = 0; i < 10; i++) {  
  43.             System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
  44.         }  
  45.         bool = false;  
  46.         this.notify();  
  47.     }  
  48. }  

        大家注意到没有，在调用wait方法时，都是用while判断条件的，而不是if，在wait方法说明中，也推荐使用while，因为在某些特定的情况下，线程有可能被假唤醒，使用while会循环检测更稳妥。

  Timer和TimerTask可以做为实现线程的第三种方式，前两中方式分别是继承自Thread类和实现Runnable接口。

        Timer是一种线程设施，用于安排以后在后台线程中执行的任务。可安排任务执行一次，或者定期重复执行，可以看成一个定时器，可以调度TimerTask。TimerTask是一个抽象类，实现了Runnable接口，所以具备了多线程的能力。

        一个Timer可以调度任意多个TimerTask，它会将TimerTask存储在一个队列中，顺序调度，如果想两个TimerTask并发执行，则需要创建两个Timer。下面来看一个简单的例子：        

[java]  view plain copy print ?
  1. import java.util.Timer;  
  2. import java.util.TimerTask;  
  3. public class TimerTest {  
  4.     static class MyTimerTask1 extends TimerTask {  
  5.         public void run() {  
  6.             System.out.println("爆炸！！！");  
  7.         }  
  8.     }     
  9.     public static void main(String[] args) {  
  10.         Timer timer = new Timer();  
  11.         timer.schedule(new MyTimerTask1(), 2000);// 两秒后启动任务  
  12.     }  
  13. }  
        schedule是Timer调度任务的方法，Timer重构了四个schedule方法，具体可以查看JDK API。

        看一个稍复杂的例子，假设有这样一种需求，实现一个连环炸弹，2秒后爆炸一次，3秒后爆炸一次，如此循环下去，这就需要创建两个任务，互相调度，代码如下：

[java]  view plain copy print ?
  1. import java.util.Date;  
  2. import java.util.Timer;  
  3. import java.util.TimerTask;  
  4. public class TimerTest {  
  5.     static class MyTimerTask1 extends TimerTask {  
  6.         public void run() {  
  7.             System.out.println("爆炸！！！");  
  8.             new Timer().schedule(new MyTimerTask2(), 2000);  
  9.         }  
  10.     }  
  11.     static class MyTimerTask2 extends TimerTask {  
  12.         public void run() {  
  13.             System.out.println("爆炸！！！");  
  14.             new Timer().schedule(new MyTimerTask1(), 3000);  
  15.         }  
  16.     }  
  17.     public static void main(String[] args) {  
  18.         Timer timer = new Timer();  
  19.         timer.schedule(new MyTimerTask2(), 2000);  
  20.         while(true) {  
  21.             System.out.println(new Date().getSeconds());  
  22.             try {  
  23.                 Thread.sleep(1000);  
  24.             } catch (InterruptedException e) {  
  25.                 // TODO Auto-generated catch block  
  26.                 e.printStackTrace();  
  27.             }  
  28.         }  
  29.     }  
  30. } 

 自JDK5之后，Java推出了一个并发包，java.util.concurrent，在Java开发中，我们接触到了好多池的技术，String类的对象池、Integer的共享池、连接数据库的连接池、Struts1.3的对象池等等，池的最终目的都是节约资源，以更小的开销做更多的事情，从而提高性能。

        我们的web项目都是部署在服务器上，浏览器端的每一个request就是一个线程，那么服务器需要并发的处理多个请求，就需要线程池技术，下面来看一下Java并发包下如何创建线程池。

        1.  创建一个可重用固定线程集合的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。

[java]  view plain copy print ?
  1. ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);// 创建可以容纳3个线程的线程池  
        2. 创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。

[java]  view plain copy print ?
  1. ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();// 线程池的大小会根据执行的任务数动态分配  
        3. 创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。

[java]  view plain copy print ?
  1. ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();<pre name="code" class="java">// 创建单个线程的线程池，如果当前线程在执行任务时突然中断，则会创建一个新的线程替代它继续执行任务  
 
        4. 创建一个可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行的线程池。 
 

 
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);// 效果类似于Timer定时器  
 

 
        每种线程池都有不同的使用场景，下面看一下这四种线程池使用起来有什么不同。 
 

 
 

         1. FixedThreadPool
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  import java.util.concurrent.ExecutorService;  
  2.  import java.util.concurrent.Executors;  
  3.  public class ThreadPoolTest {  
  4.      public static void main(String[] args) {  
  5.          ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);  
  6.          for(int i = 1; i < 5; i++) {  
  7.              final int taskID = i;  
  8.              threadPool.execute(new Runnable() {  
  9.                  public void run() {  
  10.                      for(int i = 1; i < 5; i++) {  
  11.                          try {  
  12.                              Thread.sleep(20);// 为了测试出效果，让每次任务执行都需要一定时间  
  13.                          } catch (InterruptedException e) {  
  14.                              e.printStackTrace();  
  15.                          }  
  16.                          System.out.println("第" + taskID + "次任务的第" + i + "次执行");  
  17.                      }  
  18.                  }  
  19.              });  
  20.          }  
  21.          threadPool.shutdown();// 任务执行完毕，关闭线程池  
  22.      }  
  23.  }  
 

 
        输出结果： 
 

 
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  第1次任务的第1次执行  
  2.  第2次任务的第1次执行  
  3.  第3次任务的第1次执行  
  4.  第2次任务的第2次执行  
  5.  第3次任务的第2次执行  
  6.  第1次任务的第2次执行  
  7.  第3次任务的第3次执行  
  8.  第1次任务的第3次执行  
  9.  第2次任务的第3次执行  
  10.  第3次任务的第4次执行  
  11.  第2次任务的第4次执行  
  12.  第1次任务的第4次执行  
  13.  第4次任务的第1次执行  
  14.  第4次任务的第2次执行  
  15.  第4次任务的第3次执行  
  16.  第4次任务的第4次执行  
 

 
        上段代码中，创建了一个固定大小的线程池，容量为3，然后循环执行了4个任务，由输出结果可以看到，前3个任务首先执行完，然后空闲下来的线程去执行第4个任务，在FixedThreadPool中，有一个固定大小的池，如果当前需要执行的任务超过了池大小，那么多于的任务等待状态，直到有空闲下来的线程执行任务，而当执行的任务小于池大小，空闲的线程也不会去销毁。 

 
        2. CachedThreadPool 
 

 
 

         上段代码其它地方不变，将newFixedThreadPool方法换成newCachedThreadPool方法。
 

         输出结果：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  第3次任务的第1次执行  
  2.  第4次任务的第1次执行  
  3.  第1次任务的第1次执行  
  4.  第2次任务的第1次执行  
  5.  第4次任务的第2次执行  
  6.  第3次任务的第2次执行  
  7.  第2次任务的第2次执行  
  8.  第1次任务的第2次执行  
  9.  第2次任务的第3次执行  
  10.  第3次任务的第3次执行  
  11.  第1次任务的第3次执行  
  12.  第4次任务的第3次执行  
  13.  第2次任务的第4次执行  
  14.  第4次任务的第4次执行  
  15.  第3次任务的第4次执行  
  16.  第1次任务的第4次执行  
 

 
        可见，4个任务是交替执行的，CachedThreadPool会创建一个缓存区，将初始化的线程缓存起来，如果线程有可用的，就使用之前创建好的线程，如果没有可用的，就新创建线程，终止并且从缓存中移除已有60秒未被使用的线程。 
 

 
 

         3. SingleThreadExecutor        上段代码其它地方不变，将newFixedThreadPool方法换成newSingleThreadExecutor方法。        输出结果：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  第1次任务的第1次执行  
  2.  第1次任务的第2次执行  
  3.  第1次任务的第3次执行  
  4.  第1次任务的第4次执行  
  5.  第2次任务的第1次执行  
  6.  第2次任务的第2次执行  
  7.  第2次任务的第3次执行  
  8.  第2次任务的第4次执行  
  9.  第3次任务的第1次执行  
  10.  第3次任务的第2次执行  
  11.  第3次任务的第3次执行  
  12.  第3次任务的第4次执行  
  13.  第4次任务的第1次执行  
  14.  第4次任务的第2次执行  
  15.  第4次任务的第3次执行  
  16.  第4次任务的第4次执行  
 

 
        4个任务是顺序执行的，SingleThreadExecutor得到的是一个单个的线程，这个线程会保证你的任务执行完成，如果当前线程意外终止，会创建一个新线程继续执行任务，这和我们直接创建线程 
不同，也和newFixedThreadPool(1)不同。 
 
 

 
 

     4.ScheduledThreadPool    
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;  
  2.  import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  3.  public class ThreadPoolTest {  
  4.      public static void main(String[] args) {  
  5.          ScheduledExecutorService schedulePool = Executors.newScheduledThreadPool(1);  
  6.          // 5秒后执行任务  
  7.          schedulePool.schedule(new Runnable() {  
  8.              public void run() {  
  9.                  System.out.println("爆炸");  
  10.              }  
  11.          }, 5, TimeUnit.SECONDS);  
  12.          // 5秒后执行任务，以后每2秒执行一次  
  13.          schedulePool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {  
  14.              @Override  
  15.              public void run() {  
  16.                  System.out.println("爆炸");  
  17.              }  
  18.          }, 5, 2, TimeUnit.SECONDS);  
  19.      }  
  20.  }  
 

 
         
ScheduledThreadPool是一个固定大小的线程池，与FixedThreadPool类似，执行的任务是定时执行。 
 
 

     Java的并发包很强大，上面所说只是入门，随着学习深入，会有更多记录在博客里。
 

  接着上一篇继续并发包的学习，本篇说明的是Callable和Future，它俩很有意思的，一个产生结果，一个拿到结果。
 

         Callable接口类似于Runnable，从名字就可以看出来了，但是Runnable不会返回结果，并且无法抛出返回结果的异常，而Callable功能更强大一些，被线程执行后，可以返回值，这个返回值可以被Future拿到，也就是说，Future可以拿到异步执行任务的返回值，下面来看一个简单的例子：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  public class CallableAndFuture {  
  2.      public static void main(String[] args) {  
  3.          Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {  
  4.              public Integer call() throws Exception {  
  5.                  return new Random().nextInt(100);  
  6.              }  
  7.          };  
  8.          FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(callable);  
  9.          new Thread(future).start();  
  10.          try {  
  11.              Thread.sleep(5000);// 可能做一些事情  
  12.              System.out.println(future.get());  
  13.          } catch (InterruptedException e) {  
  14.              e.printStackTrace();  
  15.          } catch (ExecutionException e) {  
  16.              e.printStackTrace();  
  17.          }  
  18.      }  
  19.  }  
 

 
        FutureTask实现了两个接口，Runnable和Future，所以它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值，那么这个组合的使用有什么好处呢？假设有一个很耗时的返回值需要计算，并且这个返回值不是立刻需要的话，那么就可以使用这个组合，用另一个线程去计算返回值，而当前线程在使用这个返回值之前可以做其它的操作，等到需要这个返回值时，再通过Future得到，岂不美哉！这里有一个Future模式的介绍： 
http://caterpillar.onlyfun.net/Gossip/DesignPattern/FuturePattern.htm 
。 

 
 

         下面来看另一种方式使用Callable和Future，通过ExecutorService的submit方法执行Callable，并返回Future，代码如下：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  public class CallableAndFuture {  
  2.      public static void main(String[] args) {  
  3.          ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();  
  4.          Future<Integer> future = threadPool.submit(new Callable<Integer>() {  
  5.              public Integer call() throws Exception {  
  6.                  return new Random().nextInt(100);  
  7.              }  
  8.          });  
  9.          try {  
  10.              Thread.sleep(5000);// 可能做一些事情  
  11.              System.out.println(future.get());  
  12.          } catch (InterruptedException e) {  
  13.              e.printStackTrace();  
  14.          } catch (ExecutionException e) {  
  15.              e.printStackTrace();  
  16.          }  
  17.      }  
  18.  }  
 

 
        代码是不是简化了很多，ExecutorService继承自Executor，它的目的是为我们管理Thread对象，从而简化并发编程，Executor使我们无需显示的去管理线程的生命周期，是JDK 5之后启动任务的首选方式。 

 
 

         执行多个带返回值的任务，并取得多个返回值，代码如下：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  public class CallableAndFuture {  
  2.      public static void main(String[] args) {  
  3.          ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();  
  4.          CompletionService<Integer> cs = new ExecutorCompletionService<Integer>(threadPool);  
  5.          for(int i = 1; i < 5; i++) {  
  6.              final int taskID = i;  
  7.              cs.submit(new Callable<Integer>() {  
  8.                  public Integer call() throws Exception {  
  9.                      return taskID;  
  10.                  }  
  11.              });  
  12.          }  
  13.          // 可能做一些事情  
  14.          for(int i = 1; i < 5; i++) {  
  15.              try {  
  16.                  System.out.println(cs.take().get());  
  17.              } catch (InterruptedException e) {  
  18.                  e.printStackTrace();  
  19.              } catch (ExecutionException e) {  
  20.                  e.printStackTrace();  
  21.              }  
  22.          }  
  23.      }  
  24.  }        
 

 

 
 

         其实也可以不使用CompletionService，可以先创建一个装Future类型的集合，用Executor提交的任务返回值添加到集合中，最后便利集合取出数据，代码略。
 

 Lock是java.util.concurrent.locks包下的接口，Lock 实现提供了比使用synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作，它能以更优雅的方式处理线程同步问题，我们拿Java线程(二)中的一个例子简单的实现一下和sychronized一样的效果，代码如下：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  public class LockTest {  
  2.      public static void main(String[] args) {  
  3.          final Outputter1 output = new Outputter1();  
  4.          new Thread() {  
  5.              public void run() {  
  6.                  output.output("zhangsan");  
  7.              };  
  8.          }.start();        
  9.          new Thread() {  
  10.              public void run() {  
  11.                  output.output("lisi");  
  12.              };  
  13.          }.start();  
  14.      }  
  15.  }  
  16.  class Outputter1 {  
  17.      private Lock lock = new ReentrantLock();// 锁对象  
  18.      public void output(String name) {  
  19.          // TODO 线程输出方法  
  20.          lock.lock();// 得到锁  
  21.          try {  
  22.              for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
  23.                  System.out.print(name.charAt(i));  
  24.              }  
  25.          } finally {  
  26.              lock.unlock();// 释放锁  
  27.          }  
  28.      }  
  29.  }  
 

 
        这样就实现了和sychronized一样的同步效果，需要注意的是，用sychronized修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁自动释放，而是用Lock需要我们手动释放锁，所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况)，要把互斥区放在try内，释放锁放在finally内。 

 
 

         如果说这就是Lock，那么它不能成为同步问题更完美的处理方式，下面要介绍的是读写锁(ReadWriteLock)，我们会有一种需求，在对数据进行读写的时候，为了保证数据的一致性和完整性，需要读和写是互斥的，写和写是互斥的，但是读和读是不需要互斥的，这样读和读不互斥性能更高些，来看一下不考虑互斥情况的代码原型：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  public class ReadWriteLockTest {  
  2.      public static void main(String[] args) {  
  3.          final Data data = new Data();  
  4.          for (int i = 0; i < 3; i++) {  
  5.              new Thread(new Runnable() {  
  6.                  public void run() {  
  7.                      for (int j = 0; j < 5; j++) {  
  8.                          data.set(new Random().nextInt(30));  
  9.                      }  
  10.                  }  
  11.              }).start();  
  12.          }         
  13.          for (int i = 0; i < 3; i++) {  
  14.              new Thread(new Runnable() {  
  15.                  public void run() {  
  16.                      for (int j = 0; j < 5; j++) {  
  17.                          data.get();  
  18.                      }  
  19.                  }  
  20.              }).start();  
  21.          }  
  22.      }  
  23.  }  
  24.  class Data {      
  25.      private int data;// 共享数据      
  26.      public void set(int data) {  
  27.          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据");  
  28.          try {  
  29.              Thread.sleep(20);  
  30.          } catch (InterruptedException e) {  
  31.              e.printStackTrace();  
  32.          }  
  33.          this.data = data;  
  34.          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.data);  
  35.      }     
  36.      public void get() {  
  37.          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据");  
  38.          try {  
  39.              Thread.sleep(20);  
  40.          } catch (InterruptedException e) {  
  41.              e.printStackTrace();  
  42.          }  
  43.          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + this.data);  
  44.      }  
  45.  }  
 

 
        部分输出结果： 

 
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  Thread-1准备写入数据  
  2.  Thread-3准备读取数据  
  3.  Thread-2准备写入数据  
  4.  Thread-0准备写入数据  
  5.  Thread-4准备读取数据  
  6.  Thread-5准备读取数据  
  7.  Thread-2写入12  
  8.  Thread-4读取12  
  9.  Thread-5读取5  
  10.  Thread-1写入12  
 

 
        我们要实现写入和写入互斥，读取和写入互斥，读取和读取互斥，在set和get方法加入sychronized修饰符： 

 
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  public synchronized void set(int data) {...}      
  2.  public synchronized void get() {...}  
 

 
        部分输出结果： 

 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  Thread-0准备写入数据  
  2.  Thread-0写入9  
  3.  Thread-5准备读取数据  
  4.  Thread-5读取9  
  5.  Thread-5准备读取数据  
  6.  Thread-5读取9  
  7.  Thread-5准备读取数据  
  8.  Thread-5读取9  
  9.  Thread-5准备读取数据  
  10.  Thread-5读取9  
 

 
        我们发现，虽然写入和写入互斥了，读取和写入也互斥了，但是读取和读取之间也互斥了，不能并发执行，效率较低，用读写锁实现代码如下： 

 
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  class Data {      
  2.      private int data;// 共享数据  
  3.      private ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();     
  4.      public void set(int data) {  
  5.          rwl.writeLock().lock();// 取到写锁  
  6.          try {  
  7.              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备写入数据");  
  8.              try {  
  9.                  Thread.sleep(20);  
  10.              } catch (InterruptedException e) {  
  11.                  e.printStackTrace();  
  12.              }  
  13.              this.data = data;  
  14.              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "写入" + this.data);  
  15.          } finally {  
  16.              rwl.writeLock().unlock();// 释放写锁  
  17.          }  
  18.      }     
  19.      public void get() {  
  20.          rwl.readLock().lock();// 取到读锁  
  21.          try {  
  22.              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备读取数据");  
  23.              try {  
  24.                  Thread.sleep(20);  
  25.              } catch (InterruptedException e) {  
  26.                  e.printStackTrace();  
  27.              }  
  28.              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "读取" + this.data);  
  29.          } finally {  
  30.              rwl.readLock().unlock();// 释放读锁  
  31.          }  
  32.      }  
  33.  }  
 

 

 
 

         部分输出结果：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  Thread-4准备读取数据  
  2.  Thread-3准备读取数据  
  3.  Thread-5准备读取数据  
  4.  Thread-5读取18  
  5.  Thread-4读取18  
  6.  Thread-3读取18  
  7.  Thread-2准备写入数据  
  8.  Thread-2写入6  
  9.  Thread-2准备写入数据  
  10.  Thread-2写入10  
  11.  Thread-1准备写入数据  
  12.  Thread-1写入22  
  13.  Thread-5准备读取数据  
 

 

         从结果可以看出实现了我们的需求，这只是锁的基本用法，锁的机制还需要继续深入学习。
 

 接近一周没更新《Java线程》专栏了，主要是这周工作上比较忙，生活上也比较忙，呵呵，进入正题，上一篇讲述了并发包下的Lock，Lock可以更好的解决线程同步问题，使之更面向对象，并且ReadWriteLock在处理同步时更强大，那么同样，线程间仅仅互斥是不够的，还需要通信，本篇的内容是基于上篇之上，使用Lock如何处理线程通信。
 

         那么引入本篇的主角，Condition，Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set （wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。下面将之前写过的一个线程通信的例子替换成用Condition实现(Java线程(三))，代码如下：
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
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   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  public class ThreadTest2 {  
  2.      public static void main(String[] args) {  
  3.          final Business business = new Business();  
  4.          new Thread(new Runnable() {  
  5.              @Override  
  6.              public void run() {  
  7.                  threadExecute(business, "sub");  
  8.              }  
  9.          }).start();  
  10.          threadExecute(business, "main");  
  11.      }     
  12.      public static void threadExecute(Business business, String threadType) {  
  13.          for(int i = 0; i < 100; i++) {  
  14.              try {  
  15.                  if("main".equals(threadType)) {  
  16.                      business.main(i);  
  17.                  } else {  
  18.                      business.sub(i);  
  19.                  }  
  20.              } catch (InterruptedException e) {  
  21.                  e.printStackTrace();  
  22.              }  
  23.          }  
  24.      }  
  25.  }  
  26.  class Business {  
  27.      private boolean bool = true;  
  28.      private Lock lock = new ReentrantLock();  
  29.      private Condition condition = lock.newCondition();   
  30.      public /*synchronized*/ void main(int loop) throws InterruptedException {  
  31.          lock.lock();  
  32.          try {  
  33.              while(bool) {                 
  34.                  condition.await();//this.wait();  
  35.              }  
  36.              for(int i = 0; i < 100; i++) {  
  37.                  System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
  38.              }  
  39.              bool = true;  
  40.              condition.signal();//this.notify();  
  41.          } finally {  
  42.              lock.unlock();  
  43.          }  
  44.      }     
  45.      public /*synchronized*/ void sub(int loop) throws InterruptedException {  
  46.          lock.lock();  
  47.          try {  
  48.              while(!bool) {  
  49.                  condition.await();//this.wait();  
  50.              }  
  51.              for(int i = 0; i < 10; i++) {  
  52.                  System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);  
  53.              }  
  54.              bool = false;  
  55.              condition.signal();//this.notify();  
  56.          } finally {  
  57.              lock.unlock();  
  58.          }  
  59.      }  
  60.  }  
 

 
        在Condition中，用await()替换wait()，用signal()替换notify()，用signalAll()替换notifyAll()，传统线程的通信方式，Condition都可以实现，这里注意，Condition是被绑定到Lock上的，要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。 

 
 

         这样看来，Condition和传统的线程通信没什么区别，Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition，下面引入API中的一段代码，加以说明。
 

 
 

 
 
 
  
 
   [java]  
   view plain 
   copy 
   print 
   ? 
   
 
   
 
  
 
 
 
 
  1.  class BoundedBuffer {  
  2.     final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象  
  3.     final Condition notFull  = lock.newCondition();//写线程条件   
  4.     final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件   
  5.    
  6.     final Object[] items = new Object[100];//缓存队列  
  7.     int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/;  
  8.    
  9.     public void put(Object x) throws InterruptedException {  
  10.       lock.lock();  
  11.       try {  
  12.         while (count == items.length)//如果队列满了   
  13.           notFull.await();//阻塞写线程  
  14.         items[putptr] = x;//赋值   
  15.         if (++putptr == items.length) putptr = 0;//如果写索引写到队列的最后一个位置了，那么置为0  
  16.         ++count;//个数++  
  17.         notEmpty.signal();//唤醒读线程  
  18.       } finally {  
  19.         lock.unlock();  
  20.       }  
  21.     }  
  22.    
  23.     public Object take() throws InterruptedException {  
  24.       lock.lock();  
  25.       try {  
  26.         while (count == 0)//如果队列为空  
  27.           notEmpty.await();//阻塞读线程  
  28.         Object x = items[takeptr];//取值   
  29.         if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//如果读索引读到队列的最后一个位置了，那么置为0  
  30.         --count;//个数--  
  31.         notFull.signal();//唤醒写线程  
  32.         return x;  
  33.       } finally {  
  34.         lock.unlock();  
  35.       }  
  36.     }   
  37.   }  
 

 
        这是一个处于多线程工作环境下的缓存区，缓存区提供了两个方法，put和take，put是存数据，take是取数据，内部有个缓存队列，具体变量和方法说明见代码，这个缓存区类实现的功能：有多个线程往里面存数据和从里面取数据，其缓存队列(先进先出后进后出)能缓存的最大数值是100，多个线程间是互斥的，当缓存队列中存储的值达到100时，将写线程阻塞，并唤醒读线程，当缓存队列中存储的值为0时，将读线程阻塞，并唤醒写线程，下面分析一下代码的执行过程： 

 
 

         1. 一个写线程执行，调用put方法；
 

         2. 判断count是否为100，显然没有100；
 

         3. 继续执行，存入值；
 

         4. 判断当前写入的索引位置++后，是否和100相等，相等将写入索引值变为0，并将count+1；
 

         5. 仅唤醒读线程阻塞队列中的一个；
 

         6. 一个读线程执行，调用take方法；
 

         7. ……
 

         8. 仅唤醒写线程阻塞队列中的一个。
 

         这就是多个Condition的强大之处，假设缓存队列中已经存满，那么阻塞的肯定是写线程，唤醒的肯定是读线程，相反，阻塞的肯定是读线程，唤醒的肯定是写线程，那么假设只有一个Condition会有什么效果呢，缓存队列中已经存满，这个Lock不知道唤醒的是读线程还是写线程了，如果唤醒的是读线程，皆大欢喜，如果唤醒的是写线程，那么线程刚被唤醒，又被阻塞了，这时又去唤醒，这样就浪费了很多时间。
 


                
      


    


    

      




    

      
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道可道，非常道；名可名，非常名。
无名，天地之始，有名，万物之母。
故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。
此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

    


    
    
    
    
    
    
    
    

    
    




  
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