1 什么是并发问题。多个进程或线程同时(或着说在同一段时间内)访问同一资源会产生并发问题。 银行两操作员同时操作同一账户就是典型的例子。比如A、B操作员同时读取一余额为1000元的账户,A操作员为该账户增加100元,B操作员同时为该账户减去 50元,A先提交,B后提交。 最后实际账户余额为1000-50=950元,但本该为 1000+100-50=1050。这就是典型的并发问题。如何解决?可以用锁。
3 Java中的锁与排队上厕所。锁就是阻止其它进程或线程进行资源访问的一种方式,即锁住的资源不能被其它请求访问。在JAVA中,sychronized关键字用来对一个对象加锁。比如: public class MyStack { int idx = 0; char [] data = new char[6]; public synchronized void push(char c) { data[idx] = c; idx++; } public synchronized char pop() { idx--; return data[idx]; } public static void main(String args[]){ MyStack m = new MyStack(); /** 下面对象m被加锁。严格的说是对象m的所有synchronized块被加锁。 如果存在另一个试图访问m的线程T,那么T无法执行m对象的push和 pop方法。 */ m.pop();//对象m被加锁。 } } Java的加锁解锁跟多个人排队等一个公共厕位完全一样。第一个人进去后顺手把门从里面锁住,其它人只好排队等。第一个人结束后出来时,门才会打开(解锁)。轮到第二个人进去,同样他又会把门从里面锁住,其它人继续排队等待。 用厕所理论可以很容易明白: 一个人进了一个厕位,这个厕位就会锁住,但不会导致另一个厕位也被锁住,因为一个人不能同时蹲在两个厕位里。对于Java 就是说:Java中的锁是针对同一个对象的,不是针对class的。看下例: MyStatck m1 = new MyStack(); MyStatck m2 = new Mystatck(); m1.pop(); m2.pop(); m1对象的锁是不会影响m2的锁的,因为它们不是同一个厕位。就是说,假设有 3线程t1,t2,t3操作m1,那么这3个线程只可能在m1上排队等,假设另2个线程 t8,t9在操作m2,那么t8,t9只会在m2上等待。而t2和t8则没有关系,即使m2上的锁释放了,t1,t2,t3可能仍要在m1上排队。原因无它,不是同一个厕位耳。 Java不能同时对一个代码块加两个锁,这和数据库锁机制不同,数据库可以对一条记录同时加好几种不同的锁,请参见: http://hi.baidu.com/dapplehou/blog/item/b341a97744fe6616b151b9a3.html 4 何时释放锁?一般是执行完毕同步代码块(锁住的代码块)后就释放锁,也可以用wait()方式半路上释放锁。wait()方式就好比蹲厕所到一半,突然发现下水道堵住了,不得已必须出来站在一边,好让修下水道师傅(准备执行notify的一个线程)进去疏通马桶,疏通完毕,师傅大喊一声: "已经修好了"(notify),刚才出来的同志听到后就重新排队。注意啊,必须等师傅出来啊,师傅不出来,谁也进不去。也就是说notify后,不是其它线程马上可以进入封锁区域活动了,而是必须还要等notify代码所在的封锁区域执行完毕从而释放锁以后,其它线程才可进入。 这里是wait与notify代码示例: public synchronized char pop() { char c; while (buffer.size() == 0) { try { this.wait(); //从厕位里出来 } catch (InterruptedException e) { // ignore it... } } c = ((Character)buffer.remove(buffer.size()-1)). charValue(); return c; } public synchronized void push(char c) { this.notify(); //通知那些wait()的线程重新排队。注意:仅仅是通知它们重新排队。 Character charObj = new Character(c); buffer.addElement(charObj); }//执行完毕,释放锁。那些排队的线程就可以进来了。 再深入一些。 由于wait()操作而半路出来的同志没收到notify信号前是不会再排队的,他会在旁边看着这些排队的人(其中修水管师傅也在其中)。注意,修水管的师傅不能插队,也得跟那些上厕所的人一样排队,不是说一个人蹲了一半出来后,修水管师傅就可以突然冒出来然后立刻进去抢修了,他要和原来排队的那帮人公平竞争,因为他也是个普通线程。如果修水管师傅排在后面,则前面的人进去后,发现堵了,就wait,然后出来站到一边,再进去一个,再wait,出来,站到一边,只到师傅进去执行notify. 这样,一会儿功夫,排队的旁边就站了一堆人,等着notify. 终于,师傅进去,然后notify了,接下来呢? 1. 有一个wait的人(线程)被通知到。 2. 为什么被通知到的是他而不是另外一个wait的人?取决于JVM.我们无法预先 判断出哪一个会被通知到。也就是说,优先级高的不一定被优先唤醒,等待 时间长的也不一定被优先唤醒,一切不可预知!(当然,如果你了解该JVM的 实现,则可以预知)。 3. 他(被通知到的线程)要重新排队。 4. 他会排在队伍的第一个位置吗?回答是:不一定。他会排最后吗?也不一定。 但如果该线程优先级设的比较高,那么他排在前面的概率就比较大。 5. 轮到他重新进入厕位时,他会从上次wait()的地方接着执行,不会重新执行。 恶心点说就是,他会接着拉巴巴,不会重新拉。 6. 如果师傅notifyAll(). 则那一堆半途而废出来的人全部重新排队。顺序不可知。 Java DOC 上说,The awakened threads will not be able to proceed until the current thread relinquishes the lock on this object(当前线程释放锁前,唤醒的线程不能去执行)。 这用厕位理论解释就是显而易见的事。 5 Lock的使用用synchronized关键字可以对资源加锁。用Lock关键字也可以。它是JDK1.5中新增内容。用法如下: class BoundedBuffer { final Lock lock = new ReentrantLock(); final Condition notFull = lock.newCondition(); final Condition notEmpty = lock.newCondition(); final Object[] items = new Object[100]; int putptr, takeptr, count; public void put(Object x) throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == items.length) notFull.await(); items[putptr] = x; if (++putptr == items.length) putptr = 0; ++count; notEmpty.signal(); } finally { lock.unlock(); } } public Object take() throws InterruptedException { lock.lock(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); Object x = items[takeptr]; if (++takeptr == items.length) takeptr = 0; --count; notFull.signal(); return x; } finally { lock.unlock(); } } } (注:这是JavaDoc里的例子,是一个阻塞队列的实现例子。所谓阻塞队列,就是一个队列如果满了或者空了,都会导致线程阻塞等待。Java里的 ArrayBlockingQueue提供了现成的阻塞队列,不需要自己专门再写一个了。) 一个对象的lock.lock()和lock.unlock()之间的代码将会被锁住。这种方式比起synchronize好在什么地方?简而言之,就是对wait的线程进行了分类。用厕位理论来描述,则是那些蹲了一半而从厕位里出来等待的人原因可能不一样,有的是因为马桶堵了,有的是因为马桶没水了。通知(notify)的时候,就可以喊:因为马桶堵了而等待的过来重新排队(比如马桶堵塞问题被解决了),或者喊,因为马桶没水而等待的过来重新排队(比如马桶没水问题被解决了)。这样可以控制得更精细一些。不像synchronize里的wait和notify,不管是马桶堵塞还是马桶没水都只能喊:刚才等待的过来排队!假如排队的人进来一看,发现原来只是马桶堵塞问题解决了,而自己渴望解决的问题(马桶没水)还没解决,只好再回去等待(wait),白进来转一圈,浪费时间与资源。 Lock方式与synchronized对应关系:
注意:不要在Lock方式锁住的块里调用wait、notify、notifyAll 6 利用管道进行线程间通信原理简单。两个线程,一个操作PipedInputStream,一个操作 PipedOutputStream。PipedOutputStream写入的数据先缓存在Buffer中,如果 Buffer满,此线程wait。PipedInputStream读出Buffer中的数据,如果Buffer 没数据,此线程wait。 jdk1.5中的阻塞队列可实现同样功能。
7 阻塞队列阻塞队列可以代替管道流方式来实现进水管/排水管模式(生产者/消费者).JDK1.5提供了几个现成的阻塞队列. 现在来看ArrayBlockingQueue的代码如下: 这里是一个阻塞队列 BlockingQueue<Object> blockingQ = new ArrayBlockingQueue<Object> 10; 一个线程从队列里取 for(;;){ Object o = blockingQ.take();//队列为空,则等待(阻塞) } 另一个线程往队列存 for(;;){ blockingQ.put(new Object());//队列满,则等待(阻塞) } 可见,阻塞队列使用起来比管道简单。 8 使用Executors、Executor、ExecutorService、ThreadPoolExecutor可以使用线程管理任务。还可以使用jdk1.5提供的一组类来更方便的管理任务。从这些类里我们可以体会一种面向任务的思维方式。这些类是:
9 并发流程控制本节例子来自温少的Java并发教程,可能会有改动。向温少致敬。
10 并发3定律
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