Java线程新特征——Java并发库详解编程语言

一、线程池

  Sun在Java5中,对Java线程的类库做了大量的扩展,其中线程池就是Java5的新特征之一,除了线程池之外,还有很多多线程相关的内容,为多线程的编程带来了极大便利。为了编写高效稳定可靠的多线程程序,线程部分的新增内容显得尤为重要。
    有关Java5线程新特征的内容全部在java.util.concurrent下面,里面包含数目众多的接口和类,熟悉这部分API特征是一项艰难的学习过程。当然新特征对做多线程程序没有必须的关系,在java5之前通用可以写出很优秀的多线程程序。只是代价不一样而已。
线程池的基本思想还是一种对象池的思想,开辟一块内存空间,里面存放了众多(未死亡)的线程,池中线程执行调度由池管理器来处理。当有线程任务时,从池中取一个,执行完成后线程对象归池,这样可以避免反复创建线程对象所带来的性能开销,节省了系统的资源。
    在Java5之前,要实现一个线程池是相当有难度的,现在Java5为我们做好了一切,我们只需要按照提供的API来使用,即可享受线程池带来的极大便利。
Java5的线程池分好多种:固定尺寸的线程池可变尺寸连接池
 
在使用线程池之前,必须知道如何去创建一个线程池,在Java5中,需要了解的是java.util.concurrent.Executors类的API,这个类提供大量创建连接池的静态方法,是必须掌握的。

a、固定大小的线程池

import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
 
/**  
* Java线程:线程池-  
*  
* */  
public class Test {  
        public static void main(String[] args) {  
                //创建一个可重用固定线程数的线程池  
                ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);  
                //创建实现了Runnable接口对象,Thread对象当然也实现了Runnable接口  
                Thread t1 = new MyThread();  
                Thread t2 = new MyThread();  
                Thread t3 = new MyThread();  
                Thread t4 = new MyThread();  
                Thread t5 = new MyThread();  
                //将线程放入池中进行执行  
                pool.execute(t1);  
                pool.execute(t2);  
                pool.execute(t3);  
                pool.execute(t4);  
                pool.execute(t5);  
                //关闭线程池  
                pool.shutdown();  
        }  
}  
 
class MyThread extends Thread{  
        @Override  
        public void run() {  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行...");  
        }  
}

运行结果:

pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-2正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-2正在执行...

 如果将线程池的大小改为4,则运行结果如下:

pool-1-thread-2正在执行... 
pool-1-thread-3正在执行... 
pool-1-thread-3正在执行... 
pool-1-thread-2正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行...

 

b、单任务线程池

在上例的基础上改一行创建pool对象的代码为:

 //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。  
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); 

则,运行结果为:

pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行...

对于以上两种连接池,大小都是固定的,当要加入的池的线程(或者任务)超过池最大尺寸时候,则入此线程池需要排队等待。
一旦池中有线程完毕,则排队等待的某个线程会入池执行。

 c、可变尺寸的线程池

 与上面的类似,只是改动下pool的创建方式:

  //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。  
   ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool(); 

运行结果如下:

pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-5正在执行... 
pool-1-thread-4正在执行... 
pool-1-thread-3正在执行... 
pool-1-thread-2正在执行...

d、延迟连接池

package concurrent; 
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; 
import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor; 
import java.util.concurrent.TimeUnit; 
 
/**  
* Java线程:线程池-  
*  
*  
*/  
public class Test {  
        public static void main(String[] args) {  
                //创建一个线程池,它可那排在给定延迟后运行命令或者定期地执行 
                ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2); 
                //创建实现了Runnable接口对象,Thread对象当然也实现了Runnable接口  
                Thread t1 = new MyThread();  
                Thread t2 = new MyThread();  
                Thread t3 = new MyThread();  
                Thread t4 = new MyThread();  
                Thread t5 = new MyThread();  
                //将线程放入池中进行执行  
                pool.execute(t1);  
                pool.execute(t2);  
                pool.execute(t3);  
                 //使用延迟执行风格的方法 
                pool.schedule(t4, 5, TimeUnit.SECONDS); 
                pool.schedule(t5, 10, TimeUnit.SECONDS); 
                 
                //关闭线程池  
                pool.shutdown();  
        }  
}  
 
class MyThread extends Thread{  
        @Override  
        public void run() {  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行...");  
        }  
}

e、单任务连接线程池

在d的代码基础上,做改动

 //创建一个单线程执行程序,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。  
 ScheduledExecutorService pool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

运行时,会发现,t4延迟5s后得到执行,t5延迟10s后得到执行。运行结果如下:

pool-1-thread-2正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行... 
pool-1-thread-2正在执行... 
pool-1-thread-1正在执行...

f、自定义线程池

package concurrent; 
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  
import java.util.concurrent.BlockingQueue;  
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  
 
/**  
* Java线程:线程池-自定义线程池  
*  
*  
*/  
public class Test {  
        public static void main(String[] args) {  
                //创建等待队列  
                BlockingQueue<Runnable> bqueue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(20);  
                //创建一个单线程执行程序,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。  
                ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(2,3,2,TimeUnit.MILLISECONDS,bqueue);  
                //创建实现了Runnable接口对象,Thread对象当然也实现了Runnable接口  
                Thread t1 = new MyThread();  
                Thread t2 = new MyThread();  
                Thread t3 = new MyThread();  
                Thread t4 = new MyThread();  
                Thread t5 = new MyThread();  
                Thread t6 = new MyThread();  
                Thread t7 = new MyThread();  
                //将线程放入池中进行执行  
                pool.execute(t1);  
                pool.execute(t2);  
                pool.execute(t3);  
                pool.execute(t4);  
                pool.execute(t5);  
                pool.execute(t6);  
                pool.execute(t7);  
                //关闭线程池  
                pool.shutdown();  
        }  
}  
 
class MyThread extends Thread {  
        @Override  
        public void run() {  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行...");  
                try {  
                        Thread.sleep(100L);  
                } catch (InterruptedException e) {  
                        e.printStackTrace();  
                }  
        }  
}

运行结构如下:
创建自定义线程池的构造方法很多,本例中参数的含义如下:

ThreadPoolExecutor

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, 
                          int maximumPoolSize, 
                          long keepAliveTime, 
                          TimeUnit unit, 
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)
用给定的初始参数和默认的线程工厂及处理程序创建新的
ThreadPoolExecutor。使用
Executors 工厂方法之一比使用此通用构造方法方便得多。 

参数:
corePoolSize – 池中所保存的线程数,包括空闲线程。 
maximumPoolSize – 池中允许的最大线程数。 
keepAliveTime – 当线程数大于核心时,此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。 
unit – keepAliveTime 参数的时间单位。 
workQueue – 执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由
execute 方法提交的
Runnable 任务。 
抛出:
IllegalArgumentException – 如果 corePoolSize 或 keepAliveTime 小于零,或者 maximumPoolSize 小于或等于零,或者 corePoolSize 大于 maximumPoolSize。 
NullPointerException – 如果
workQueue 为 null

 
自定义连接池稍微麻烦些,不过通过创建的ThreadPoolExecutor线程池对象,可以获取到当前线程池的尺寸、正在执行任务的线程数、工作队列等等。

二、有返回值的线程

在Java5之前,线程是没有返回值的,常常为了“有”返回值,破费周折,而且代码很不好写。或者干脆绕过这道坎,走别的路了。现在Java终于有可返回值的线程了。
 可返回值的任务必须实现Callable接口,类似的,无返回值的任务必须实现Runnable接口。
 执行Callable任务后,可以获取一个Future的对象,在该对象上调用get就可以获取到Callable任务返回的Object了。

 下面是一个简单的例子:

 

package MultiThread; 
import java.util.concurrent.*;  
 
/**  
* Java线程:有返回值的线程  
*  
*  
*/  
public class Test {  
        public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {  
                //创建一个线程池  
                ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);  
                //创建两个有返回值的任务  
                Callable<String> c1 = new MyCallable("A");  
                Callable<String> c2 = new MyCallable("B");  
                //执行任务并获取Future对象  
                Future<String> f1 = pool.submit(c1);  
                Future<String> f2 = pool.submit(c2);  
                //从Future对象上获取任务的返回值,并输出到控制台  
                System.out.println(">>>"+f1.get().toString());  
                System.out.println(">>>"+f2.get().toString());  
                //关闭线程池  
                pool.shutdown();  
        }  
}  
 
class MyCallable implements Callable<String>{  
        private String oid;  
 
        MyCallable(String oid) {  
                this.oid = oid;  
        }  
 
        @Override  
        public String call() throws Exception {  
                return oid+"任务返回的内容";  
        }  
}

运行结果:

>>>A任务返回的内容 
>>>B任务返回的内容

比较简单,要深入了解还需要看Callable和Future接口的API啊。

三、并发库的锁

在Java5中,专门提供了锁对象,利用锁可以方便的实现资源的封锁,用来控制对竞争资源并发访问的控制,这些内容主要集中在java.util.concurrent.locks 包下面,里面有三个重要的接口Condition、Lock、ReadWriteLock。

接口摘要
Condition ConditionObject 监视器方法(waitnotifynotifyAll)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)。
Lock 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。
ReadWriteLock ReadWriteLock 维护了一对相关的,一个用于只读操作,另一个用于写入操作。

 

 

 

 

 有关锁的介绍,API文档解说很多,看得很烦,还是看个例子再看文档比较容易理解

 a、普通锁

package MultiThread; 
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
/**  
* Java线程:锁  
*  
*  
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) {  
//创建并发访问的账户  
MyCount myCount = new MyCount("95599200901215522", 10000);  
//创建一个锁对象  
Lock lock = new ReentrantLock();  
//创建一个线程池  
ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();  
//创建一些并发访问用户,一个信用卡,存的存,取的取,好热闹啊  
UserThread ut1 = new UserThread("取款线程1", myCount, -4000, lock);  
UserThread ut2 = new UserThread("存款线程1", myCount, 6000, lock);  
UserThread ut3 = new UserThread("取款线程2", myCount, -8000, lock);  
UserThread ut4 = new UserThread("存款线程2", myCount, 800, lock);  
//在线程池中执行各个用户的操作  
                pool.execute(ut1);  
pool.execute(ut2);  
pool.execute(ut3);  
pool.execute(ut4);  
//关闭线程池  
                pool.shutdown();  
}  
}  
/**  
* 信用卡的用户 线程 
* 多个用户线程操作该信用卡 
*/  
class UserThread implements Runnable {  
private String threadName;                //用户线程  
private MyCount myCount;        //所要操作的账户  
private int iocash;                 //操作的金额,当然有正负之分了  
private Lock myLock;                //执行操作所需的锁对象  
 
UserThread(String name, MyCount myCount, int iocash, Lock myLock) {  
this.threadName = name;  
this.myCount = myCount;  
this.iocash = iocash;  
this.myLock = myLock;  
}  
public void run() {  
//获取锁  
                myLock.lock();  
//执行现金业务  
System.out.println(threadName + "正在操作" + myCount + "账户,操作金额为" + iocash + ",当前金额为" + myCount.getCash());  
myCount.setCash(myCount.getCash() + iocash);  
System.out.println("/t操作成功,操作金额为" + iocash + ",当前金额为" + myCount.getCash());  
//释放锁,否则别的线程没有机会执行了  
                myLock.unlock();  
}  
}  
/**  
* 信用卡账户,可随意透支  
*/  
class MyCount {  
private String oid;         //账号  
private int cash;             //账户余额  
 
MyCount(String oid, int cash) {  
this.oid = oid;  
this.cash = cash;  
}  
public String getOid() {  
return oid;  
}  
public void setOid(String oid) {  
this.oid = oid;  
}  
public int getCash() {  
return cash;  
}  
public void setCash(int cash) {  
this.cash = cash;  
}  
@Override  
public String toString() {  
return "MyCount{" +  
"oid='" + oid + '/'' +  
", cash=" + cash +  
'}';  
}  
}

运行结果:

取款线程1正在操作MyCount{oid='95599200901215522', cash=10000}账户,操作金额为-4000,当前金额为10000 
操作成功,操作金额为-4000,当前金额为6000 
存款线程1正在操作MyCount{oid='95599200901215522', cash=6000}账户,操作金额为6000,当前金额为6000 
操作成功,操作金额为6000,当前金额为12000 
存款线程2正在操作MyCount{oid='95599200901215522', cash=12000}账户,操作金额为800,当前金额为12000 
操作成功,操作金额为800,当前金额为12800 
取款线程2正在操作MyCount{oid='95599200901215522', cash=12800}账户,操作金额为-8000,当前金额为12800 
操作成功,操作金额为-8000,当前金额为4800
从上面的输出可以看到,利用锁对象太方便了,比直接在某个不知情的对象上用锁清晰多了。但一定要注意的是,在获取了锁对象后,用完后应该尽快释放锁,以便别的等待该锁的线程有机会去执行。

b、读写锁

 在a中提到了Lock接口以及对象,使用它可以很优雅的控制了竞争资源的安全访问,但是这种锁不区分读写,称这种锁为普通锁。为了提高性能,Java提供了读写锁,在读的地方使用读锁,在写的地方使用写锁,灵活控制,在一定程度上提高了程序的执行效率。

Java中读写锁有个接口java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock,也有具体的实现ReentrantReadWriteLock,详细的API可以查看JavaAPI文档。
下面这个例子是在文例子的基础上,将普通锁改为读写锁,并添加账户余额查询的功能,代码如下:
 

package MultiThread; 
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock; 
/**  
* Java线程:锁  
*  
*  
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) {  
//创建并发访问的账户  
MyCount myCount = new MyCount("95599200901215522", 10000);  
//创建一个锁对象  
ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();  
//创建一个线程池  
ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();  
//创建一些并发访问用户线程,一个信用卡,存的存,取的取,好热闹啊  
UserThread ut1 = new UserThread("取款线程1", myCount, -4000, lock,false);  
UserThread ut2 = new UserThread("存款线程1", myCount, 6000, lock,false);  
UserThread ut3 = new UserThread("取款线程2", myCount, -8000, lock,false);  
UserThread ut4 = new UserThread("存款线程2", myCount, 800, lock,false);  
UserThread ut5 = new UserThread("查询", myCount, 0, lock,true); 
//在线程池中执行各个用户的操作  
                pool.execute(ut1);  
pool.execute(ut2);  
pool.execute(ut3);  
pool.execute(ut4);  
pool.execute(ut5); 
//关闭线程池  
                pool.shutdown();  
}  
}  
/**  
* 信用卡的用户 线程 
* 多个用户线程操作该信用卡 
*/  
class UserThread implements Runnable {  
private String threadName;                //用户线程  
private MyCount myCount;        //所要操作的账户  
private int iocash;                 //操作的金额,当然有正负之分了  
private ReadWriteLock myLock;                //执行操作所需的锁对象  
private boolean ischeck;      //是否查询 
 
UserThread(String name, MyCount myCount, int iocash, ReadWriteLock myLock,boolean ischeck) {  
this.threadName = name;  
this.myCount = myCount;  
this.iocash = iocash;  
this.myLock = myLock;  
this.ischeck=ischeck; 
}  
public void run() { 
if(ischeck){ 
//获取读锁  
                myLock.readLock().lock();  
//执行查询 
System.out.println("读:"+threadName + "正在查询" + myCount + "账户,,当前金额为" + myCount.getCash());  
//释放获取到的读锁 
                myLock.readLock().unlock(); 
}else{ 
//获取写锁 
                myLock.writeLock().lock(); 
myCount.setCash(myCount.getCash() + iocash);  
System.out.println("写:"+threadName+"操作成功,操作金额为" + iocash + ",当前金额为" + myCount.getCash());  
//释放锁获取到的写锁 
                myLock.writeLock().unlock();  
} 
}  
}  
/**  
* 信用卡账户,可随意透支  
*/  
class MyCount {  
private String oid;         //账号  
private int cash;             //账户余额  
 
MyCount(String oid, int cash) {  
this.oid = oid;  
this.cash = cash;  
}  
public String getOid() {  
return oid;  
}  
public void setOid(String oid) {  
this.oid = oid;  
}  
public int getCash() {  
return cash;  
}  
public void setCash(int cash) {  
this.cash = cash;  
}  
@Override  
public String toString() {  
return "MyCount{" +  
"oid='" + oid + '/'' +  
", cash=" + cash +  
'}';  
}  
}

 运行结果:

写:取款线程1操作成功,操作金额为-4000,当前金额为6000 
写:取款线程2操作成功,操作金额为-8000,当前金额为-2000 
写:存款线程1操作成功,操作金额为6000,当前金额为4000 
读:查询正在查询MyCount{oid='95599200901215522', cash=4000}账户,,当前金额为4000 
写:存款线程2操作成功,操作金额为800,当前金额为4800

在实际开发中,最好在能用读写锁的情况下使用读写锁,而不要用普通锁,以求更好的性能。

 四、信号量

Java的信号量实际上是一个功能完毕的计数器,对控制一定资源的消费与回收有着很重要的意义,信号量常常用于多线程的代码中,并能监控有多少数目的线程等待获取资源,并且通过信号量可以得知可用资源的数目等等,这里总是在强调“数目”二字,但不能指出来有哪些在等待,哪些资源可用。
 
因此,本人认为,这个信号量类如果能返回数目,还能知道哪些对象在等待,哪些资源可使用,就非常完美了,仅仅拿到这些概括性的数字,对精确控制意义不是很大。目前还没想到更好的用法。

下面是一个简单的例子:

package MultiThread; 
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.Semaphore;  
/**  
* Java线程:信号量  
*  
*  
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) {  
MyPool myPool = new MyPool(20);  
//创建线程池  
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);  
MyThread t1 = new MyThread("任务A", myPool, 3);  
MyThread t2 = new MyThread("任务B", myPool, 12);  
MyThread t3 = new MyThread("任务C", myPool, 7);  
//在线程池中执行任务  
                threadPool.execute(t1);  
threadPool.execute(t2);  
threadPool.execute(t3);  
//关闭池  
                threadPool.shutdown();  
}  
}  
/**  
* 一个池  
*/  
class MyPool {  
private Semaphore sp;     //池相关的信号量  
/**  
* 池的大小,这个大小会传递给信号量  
*  
* @param size 池的大小  
*/  
MyPool(int size) {  
this.sp = new Semaphore(size);  
}  
public Semaphore getSp() {  
return sp;  
}  
public void setSp(Semaphore sp) {  
this.sp = sp;  
}  
}  
class MyThread extends Thread {  
private String threadName;            //线程的名称  
private MyPool pool;                        //自定义池  
private int x;                                    //申请信号量的大小  
 
MyThread(String threadName, MyPool pool, int x) {  
this.threadName = threadName;  
this.pool = pool;  
this.x = x;  
}  
public void run() {  
try {  
//从此信号量获取给定数目的许可  
                        pool.getSp().acquire(x);  
//todo:也许这里可以做更复杂的业务  
System.out.println(threadName + "成功获取了" + x + "个许可!");  
} catch (InterruptedException e) {  
e.printStackTrace();  
} finally {  
//释放给定数目的许可,将其返回到信号量。  
                        pool.getSp().release(x);  
System.out.println(threadName + "释放了" + x + "个许可!");  
}  
}  
}

运行结果:

任务A成功获取了3个许可! 
任务B成功获取了12个许可! 
任务B释放了12个许可! 
任务C成功获取了7个许可! 
任务A释放了3个许可! 
任务C释放了7个许可!

从结果可以看出,信号量仅仅是对池资源进行监控,但不保证线程的安全,因此,在使用时候,应该自己控制线程的安全访问池资源。

五、阻塞队列

    阻塞队列是Java5线程新特征中的内容,Java定义了阻塞队列的接口java.util.concurrent.BlockingQueue,阻塞队列的概念是,一个指定长度的队列,如果队列满了,添加新元素的操作会被阻塞等待,直到有空位为止。同样,当队列为空时候,请求队列元素的操作同样会阻塞等待,直到有可用元素为止。
有了这样的功能,就为多线程的排队等候的模型实现开辟了便捷通道,非常有用。
java.util.concurrent.BlockingQueue继承了java.util.Queue接口,可以参看API文档。
下面给出一个简单应用的例子:
package MultiThread; 
import java.util.concurrent.BlockingQueue;  
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  
/**  
* Java线程:并发库-阻塞队列  
*  
*  
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
BlockingQueue<Integer> bqueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(20);  
for (int i = 0; i < 30; i++) {  
//将指定元素添加到此队列中,如果没有可用空间,将一直等待(如果有必要)。  
                        bqueue.put(i);  
System.out.println("向阻塞队列中添加了元素:" + i);  
}  
System.out.println("程序到此运行结束,即将退出----");  
}  
}

运行结果:
Java线程新特征——Java并发库详解编程语言

由于阻塞队列的大小为20个,当超过这个数目,又没有元素出队列的时候,队列将会阻塞。到后来的某一个时刻,程序将阻塞队列中的元素出队列,后面的元素才可以进队列。

六、阻塞栈

对于阻塞栈,与阻塞队列相似。不同点在于栈是“后入先出”的结构,每次操作的是栈顶,而队列是“先进先出”的结构,每次操作的是队列头。
这里要特别说明一点的是,阻塞栈是Java6的新特征。、
Java为阻塞栈定义了接口:java.util.concurrent.BlockingDeque,其实现类也比较多,具体可以查看JavaAPI文档。
 
下面看一个简单例子:
package MultiThread; 
import java.util.concurrent.BlockingDeque; 
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque; 
class HelloWorldThread { 
/**  
* Java线程:并发库-阻塞栈 
*  
*  
*/  
public static void main(String[] args) { 
BlockingDeque<Integer> bstack=new LinkedBlockingDeque<Integer>(20) ; 
for(int i=0;i<30;i++){ 
//将指定元素添加到阻塞栈中,如果没有可用空间,将一直等待(如果有必要)。  
          bstack.push(i); 
System.out.println("向阻塞栈中添加了元素:" + i);  
if(bstack.size()==20){ 
System.out.println("队列满,弹出"+bstack.pop());  
System.out.println("队列满,弹出"+bstack.pop());  
System.out.println("队列满,弹出"+bstack.pop());  
} 
} 
System.out.println("程序到此运行结束,即将退出----");  
} 
}

 

程序的运行结果和阻塞队列的运行结果一样,程序并没结束,二是阻塞住了,原因是栈已经满了,后面追加元素的操作都被阻塞了。

七、条件变量

    条件变量是Java5线程中很重要的一个概念,顾名思义,条件变量就是表示条件的一种变量。但是必须说明,这里的条件是没有实际含义的,仅仅是个标记而已,并且条件的含义往往通过代码来赋予其含义。这里的条件和普通意义上的条件表达式有着天壤之别。条件变量都实现了java.util.concurrent.locks.Condition接口,条件变量的实例化是通过一个Lock对象上调用newCondition()方法来获取的,这样,条件就和一个锁对象绑定起来了。因此,Java中的条件变量只能和锁配合使用,来控制并发程序访问竞争资源的安全。
    条件变量的出现是为了更精细控制线程等待与唤醒,在Java5之前,线程的等待与唤醒依靠的是Object对象的wait()和notify()/notifyAll()方法,这样的处理不够精细。
而在Java5中,一个锁可以有多个条件,每个条件上可以有多个线程等待,通过调用await()方法,可以让线程在该条件下等待。当调用signalAll()方法,又可以唤醒该条件下的等待的线程。有关Condition接口的API可以具体参考JavaAPI文档。
      
条件变量比较抽象,原因是他不是自然语言中的条件概念,而是程序控制的一种手段。
      下面以一个银行存取款的模拟程序为例来揭盖Java多线程条件变量的神秘面纱:
有一个账户,多个用户(线程)在同时操作这个账户,有的存款有的取款,存款随便存,取款有限制,不能透支,
任何试图透支的操作都将等待里面有足够存款才执行操作。
package MultiThread; 
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.locks.Condition;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
/**  
* Java线程:条件变量  
*  
* @author leizhimin 2009-11-5 10:57:29  
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) {  
//创建并发访问的账户  
MyCount myCount = new MyCount("95599200901215522", 10000);  
//创建一个线程池  
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);  
Thread t1 = new SaveThread("张三", myCount, 2000);  
Thread t2 = new SaveThread("李四", myCount, 3600);  
Thread t3 = new DrawThread("王五", myCount, 2700);  
Thread t4 = new SaveThread("老张", myCount, 600);  
Thread t5 = new DrawThread("老牛", myCount, 1300);  
Thread t6 = new DrawThread("胖子", myCount, 800);  
//执行各个线程  
                pool.execute(t1);  
pool.execute(t2);  
pool.execute(t3);  
pool.execute(t4);  
pool.execute(t5);  
pool.execute(t6);  
//关闭线程池  
                pool.shutdown();  
}  
}  
/**  
* 存款线程类  
*/  
class SaveThread extends Thread {  
private String name;                //操作人  
private MyCount myCount;        //账户  
private int x;                            //存款金额  
 
SaveThread(String name, MyCount myCount, int x) {  
this.name = name;  
this.myCount = myCount;  
this.x = x;  
}  
public void run() {  
myCount.saving(x, name);  
}  
}  
/**  
* 取款线程类  
*/  
class DrawThread extends Thread {  
private String name;                //操作人  
private MyCount myCount;        //账户  
private int x;                            //存款金额  
 
DrawThread(String name, MyCount myCount, int x) {  
this.name = name;  
this.myCount = myCount;  
this.x = x;  
}  
public void run() {  
myCount.drawing(x, name);  
}  
}  
/**  
* 普通银行账户,不可透支  
*/  
class MyCount {  
private String oid;                         //账号  
private int cash;                             //账户余额  
private Lock lock = new ReentrantLock();                //账户锁  
private Condition _save = lock.newCondition();    //存款条件  
private Condition _draw = lock.newCondition();    //取款条件  
 
MyCount(String oid, int cash) {  
this.oid = oid;  
this.cash = cash;  
}  
/**  
* 存款  
*  
* @param x    操作金额  
* @param name 操作人  
*/  
public void saving(int x, String name) {  
lock.lock();                        //获取锁  
if (x > 0) {  
cash += x;                    //存款  
System.out.println(name + "存款" + x + ",当前余额为" + cash);  
}  
_draw.signalAll();            //唤醒所有取款等待线程 
lock.unlock();                    //释放锁  
        }  
/**  
* 取款  
*  
* @param x    操作金额  
* @param name 操作人  
*/  
public void drawing(int x, String name) {  
lock.lock();                                 //获取锁  
try {  
if (cash - x < 0) {  
_draw.await();             //阻塞取款操作  
} else {  
cash -= x;                     //取款  
System.out.println(name + "取款" + x + ",当前余额为" + cash);  
}  
_save.signalAll();             //唤醒所有存款操作线程  
} catch (InterruptedException e) {  
e.printStackTrace();  
} finally {  
lock.unlock();                     //释放锁  
                }  
}  
}

当然,除了使用并发库来实现存取款操作,我们也可以使用synchronized的方法、synchronized的代码块来实现。对比并发库、synchronized方法、synchronized代码块,第一种最灵活,第二种代码最简单,第三种容易犯错。

八、原子量

     所谓的原子量即操作变量的操作是“原子的”,该操作不可再分,因此是线程安全的。为何要使用原子变量呢,原因是多个线程对单个变量操作也会引起一些问题。在Java5之前,可以通过volatile、synchronized关键字来解决并发访问的安全问题,但这样太麻烦。Java5之后,专门提供了用来进行单变量多线程并发安全访问的工具包java.util.concurrent.atomic,其中的类也很简单。
下面给出一个反面例子(切勿模仿):
package MultiThread; 
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;  
/**  
* Java线程:新特征-原子量  
*  
* 
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) {  
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);  
Runnable t1 = new MyRunnable("张三", 2000);  
Runnable t2 = new MyRunnable("李四", 3600);  
Runnable t3 = new MyRunnable("王五", 2700);  
Runnable t4 = new MyRunnable("老张", 600);  
Runnable t5 = new MyRunnable("老牛", 1300);  
Runnable t6 = new MyRunnable("胖子", 800);  
//执行各个线程  
                pool.execute(t1);  
pool.execute(t2);  
pool.execute(t3);  
pool.execute(t4);  
pool.execute(t5);  
pool.execute(t6);  
//关闭线程池  
                pool.shutdown();  
}  
}  
class MyRunnable implements Runnable {  
private static AtomicLong aLong = new AtomicLong(10000);        //原子量,每个线程都可以自由操作  
private String name;                //操作人  
private int x;                            //操作数额  
 
MyRunnable(String name, int x) {  
this.name = name;  
this.x = x;  
}  
public void run() {  
System.out.println(name + "执行了" + x + ",当前余额:" + aLong.addAndGet(x));  
}  
}

运行结果一:

李四执行了3600,当前余额:13600 
张三执行了2000,当前余额:15600 
老张执行了600,当前余额:18900 
老牛执行了1300,当前余额:20200 
胖子执行了800,当前余额:21000 
王五执行了2700,当前余额:18300

运行结果二:

张三执行了2000,当前余额:12000 
王五执行了2700,当前余额:14700 
老张执行了600,当前余额:15300 
老牛执行了1300,当前余额:16600 
胖子执行了800,当前余额:17400 
李四执行了3600,当前余额:21000

运行结果三:

张三执行了2000,当前余额:12000  
王五执行了2700,当前余额:18300  
老张执行了600,当前余额:18900  
老牛执行了1300,当前余额:20200  
胖子执行了800,当前余额:21000  
李四执行了3600,当前余额:15600 

从运行结果可以看出,虽然使用了原子量,但是程序并发访问还是有问题,那究竟问题出在哪里了?
这里要注意的一点是,原子量虽然可以保证单个变量在某一个操作过程的安全,但无法保证你整个代码块,或者整个程序的安全性。因此,通常还应该使用锁等同步机制来控制整个程序的安全性。
下面是对上述代码的修正:
package MultiThread; 
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;  
import java.util.concurrent.locks.Lock; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
/**  
* Java线程:并发库-原子量  
*  
* 
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) {  
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);  
Lock lock=new ReentrantLock(); 
Runnable t1 = new MyRunnable("张三", 2000,lock);  
Runnable t2 = new MyRunnable("李四", 3600,lock);  
Runnable t3 = new MyRunnable("王五", 2700,lock);  
Runnable t4 = new MyRunnable("老张", 600,lock);  
Runnable t5 = new MyRunnable("老牛", 1300,lock);  
Runnable t6 = new MyRunnable("胖子", 800,lock);  
//执行各个线程  
                pool.execute(t1);  
pool.execute(t2);  
pool.execute(t3);  
pool.execute(t4);  
pool.execute(t5);  
pool.execute(t6);  
//关闭线程池  
                pool.shutdown();  
}  
}  
class MyRunnable implements Runnable {  
private static AtomicLong aLong = new AtomicLong(10000);        //原子量,每个线程都可以自由操作  
private String name;                //操作人  
private int x;      //操作数额  
private Lock lock; 
MyRunnable(String name, int x,Lock lock) {  
this.name = name;  
this.x = x;  
this.lock=lock; 
}  
public void run() {  
lock.lock(); 
System.out.println(name + "执行了" + x + ",当前余额:" + aLong.addAndGet(x));  
lock.unlock(); 
}  
}

运行结果:

张三执行了2000,当前余额:12000 
李四执行了3600,当前余额:15600 
王五执行了2700,当前余额:18300 
老张执行了600,当前余额:18900 
老牛执行了1300,当前余额:20200 
胖子执行了800,当前余额:21000

这里使用了一个对象锁,来控制对并发代码的访问。不管运行多少次,执行次序如何,最终余额均为21000,这个结果是正确的。
有关原子量的用法很简单,关键是对原子量的认识,原子仅仅是保证变量操作的原子性,但整个程序还需要考虑线程安全的。

九、障碍器

     Java5中,添加了障碍器类,为了适应一种新的设计需求,比如一个大型的任务,常常需要分配好多子任务去执行,只有当所有子任务都执行完成时候,才能执行主任务,这时候,就可以选择障碍器了。障碍器是多线程并发控制的一种手段,用法很简单。

下面给个例子:

package MultiThread; 
import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;  
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;  
/**  
* Java线程:新特征-障碍器  
*  
*   
*/  
public class Test {  
public static void main(String[] args) {  
//创建障碍器,并设置MainTask为所有定数量的线程都达到障碍点时候所要执行的任务(Runnable)  
CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(7, new MainTask());  
new SubTask("A", cb).start();  
new SubTask("B", cb).start();  
new SubTask("C", cb).start();  
new SubTask("D", cb).start();  
new SubTask("E", cb).start();  
new SubTask("F", cb).start();  
new SubTask("G", cb).start();  
}  
}  
/**  
* 主任务  
*/  
class MainTask implements Runnable {  
public void run() {  
System.out.println(">>>>主任务执行了!<<<<");  
}  
}  
/**  
* 子任务  
*/  
class SubTask extends Thread {  
private String name;  
private CyclicBarrier cb;  
SubTask(String name, CyclicBarrier cb) {  
this.name = name;  
this.cb = cb;  
}  
public void run() {  
System.out.println("[子任务" + name + "]开始执行了!");  
for (int i = 0; i < 999999; i++) ;    //模拟耗时的任务  
System.out.println("[子任务" + name + "]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成!");  
try {  
//通知障碍器已经完成,让出锁(并使得,跳跃的障碍数目-1) 
                        cb.await();  
} catch (InterruptedException e) {  
e.printStackTrace();  
} catch (BrokenBarrierException e) {  
e.printStackTrace();  
}  
}  
}

运行结果:

[子任务B]开始执行了! 
[子任务E]开始执行了! 
[子任务C]开始执行了! 
[子任务D]开始执行了! 
[子任务A]开始执行了! 
[子任务E]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成! 
[子任务B]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成! 
[子任务A]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成! 
[子任务C]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成! 
[子任务D]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成! 
[子任务F]开始执行了! 
[子任务F]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成! 
[子任务G]开始执行了! 
[子任务G]开始执行完成了,并通知障碍器已经完成! 
>>>>主任务执行了!<<<<

从执行结果可以看出,所有子任务完成的时候,主任务执行了,达到了控制的目标

总结:

Java线程是Java语言中一个非常重要的部分,Java5之前,多线程的语言支持还是比较弱的,内容也较少,写一个复杂的多线程程序是相当有挑战性的。
在Java5以后,Java对多线程做了很多扩展,扩展部分称之为并发包。这部分内容大大增强了Java多线程编程的能力,通过使用Java5线程新特征的API,可以很容易的做出复杂的多线程程序。与其他语言相比,已经是相当强悍了。
 

原创文章,作者:ItWorker,如若转载,请注明出处:https://blog.ytso.com/16452.html

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上一篇 2021年7月19日
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