Posted on 2007-11-09 01:40
dybjsun 閱讀(209)
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多線程主題
wait()/notify()
通常，多線程之間需要協調工作。例如，瀏覽器的一個顯示圖片的線程displayThread想要執行顯示圖片的任務，必須等待下載線程downloadThread將該圖片下載完畢。如果圖片還沒有下載完，displayThread可以暫停，當downloadThread完成了任務后，再通知displayThread“圖片準備完畢，可以顯示了”，這時，displayThread繼續執行。
以上邏輯簡單的說就是：如果條件不滿足，則等待。當條件滿足了，就執行下面的程序，這個機制的實現依賴于wait/notify。等待機制與鎖機制是密切關聯的。例如：
synchronized(obj)
{
while(!condition)
{
obj.wait();
}
obj.doSomething();
}
當線程A獲得了obj鎖后，發現條件condition不滿足，無法繼續下一處理，于是線程A就wait()。
在另一線程B中，如果B更改了某些條件，使得線程A的condition條件滿足了，就可以喚醒線程A：
synchronized(obj)
{
condition = true;
obj.notify();
}
需要注意的概念是：
#
調用obj的wait(), notify()方法前，必須獲得obj鎖，也就是必須寫在synchronized(obj) {...} 代碼段內。
#
調用obj.wait()后，線程A就釋放了obj的鎖，否則線程B無法獲得obj鎖，也就無法在synchronized(obj) {...}
代碼段內喚醒A。
# 當obj.wait()方法返回后，線程A需要再次獲得obj鎖，才能繼續執行。
#
如果A1,A2,A3都在obj.wait()，則B調用obj.notify()只能喚醒A1,A2,A3中的一個（具體哪一個由JVM決定）。
#
obj.notifyAll()則能全部喚醒A1,A2,A3，但是要繼續執行obj.wait()的下一條語句，必須獲得obj鎖，因此，A1,A2,A3只有一個有機會獲得鎖繼續執行，例如A1，其余的需要等待A1釋放obj鎖之后才能繼續執行。
#
當B調用obj.notify/notifyAll的時候，B正持有obj鎖，因此，A1,A2,A3雖被喚醒，但是仍無法獲得obj鎖。直到B退出synchronized塊，釋放obj鎖后，A1,A2,A3中的一個才有機會獲得鎖繼續執行。
wait()/sleep()的區別
前面講了wait/notify機制，Thread還有一個sleep()靜態方法，它也能使線程暫停一段時間。sleep與wait的不同點是：sleep并不釋放鎖，并且sleep的暫停和wait暫停是不一樣的。obj.wait會使線程進入obj對象的等待集合中并等待喚醒。
但是wait()和sleep()都可以通過interrupt()方法打斷線程的暫停狀態，從而使線程立刻拋出InterruptedException。
如果線程A希望立即結束線程B，則可以對線程B對應的Thread實例調用interrupt方法。如果此刻線程B正在wait/sleep/join，則線程B會立刻拋出InterruptedException，在catch()
{}
中直接return即可安全地結束線程。
需要注意的是，InterruptedException是線程自己從內部拋出的，并不是interrupt()方法拋出的。對某一線程調用interrupt()時，如果該線程正在執行普通的代碼，那么該線程根本就不會拋出InterruptedException。但是，一旦該線程進入到wait()/sleep()/join()后，就會立刻拋出InterruptedException。
GuardedSuspention
GuardedSuspention模式主要思想是：
當條件不滿足時，線程等待，直到條件滿足時，等待該條件的線程被喚醒。
我們設計一個客戶端線程和一個服務器線程，客戶端線程不斷發送請求給服務器線程，服務器線程不斷處理請求。當請求隊列為空時，服務器線程就必須等待，直到客戶端發送了請求。
先定義一個請求隊列：Queue
package
com.crackj2ee.thread;
import java.util.*;
public class Queue
{
private List queue = new LinkedList();
public synchronized Request
getRequest() {
while(queue.size()==0) {
try
{
this.wait();
}
catch(InterruptedException ie) {
return
null;
}
}
return (Request)queue.remove(0);
}
public
synchronized void putRequest(Request request)
{
queue.add(request);
this.notifyAll();
}
}
藍色部分就是服務器線程的等待條件，而客戶端線程在放入了一個request后，就使服務器線程等待條件滿足，于是喚醒服務器線程。
客戶端線程：ClientThread
package
com.crackj2ee.thread;
public class ClientThread extends Thread
{
private Queue queue;
private String clientName;
public
ClientThread(Queue queue, String clientName) {
this.queue =
queue;
this.clientName = clientName;
}
public String toString()
{
return "[ClientThread-" + clientName + "]";
}
public void run()
{
for(int i=0; i<100; i++) {
Request request = new Request("" +
(long)(Math.random()*10000));
System.out.println(this + " send request: " +
request);
queue.putRequest(request);
try
{
Thread.sleep((long)(Math.random() * 10000 +
1000));
}
catch(InterruptedException ie)
{
}
}
System.out.println(this + "
shutdown.");
}
}
服務器線程：ServerThread
package
com.crackj2ee.thread;
public class ServerThread extends Thread {
private
boolean stop = false;
private Queue queue;
public ServerThread(Queue
queue) {
this.queue = queue;
}
public void shutdown() {
stop =
true;
this.interrupt();
try
{
this.join();
}
catch(InterruptedException ie) {}
}
public
void run() {
while(!stop) {
Request request =
queue.getRequest();
System.out.println("[ServerThread] handle request: " +
request);
try {
Thread.sleep(2000);
}
catch(InterruptedException ie)
{}
}
System.out.println("[ServerThread]
shutdown.");
}
}
服務器線程在紅色部分可能會阻塞，也就是說，Queue.getRequest是一個阻塞方法。這和java標準庫的許多IO方法類似。
最后，寫一個Main來啟動他們：
package
com.crackj2ee.thread;
public class Main {
public static void
main(String[] args) {
Queue queue = new Queue();
ServerThread server = new
ServerThread(queue);
server.start();
ClientThread[] clients = new
ClientThread[5];
for(int i=0; i<clients.length; i++) {
clients[i] = new
ClientThread(queue, ""+i);
clients[i].start();
}
try
{
Thread.sleep(100000);
}
catch(InterruptedException ie)
{}
server.shutdown();
}
}
我們啟動了5個客戶端線程和一個服務器線程，運行結果如下：
[ClientThread-0]
send request: Request-4984
[ServerThread] handle request:
Request-4984
[ClientThread-1] send request: Request-2020
[ClientThread-2]
send request: Request-8980
[ClientThread-3] send request:
Request-5044
[ClientThread-4] send request: Request-548
[ClientThread-4]
send request: Request-6832
[ServerThread] handle request:
Request-2020
[ServerThread] handle request: Request-8980
[ServerThread]
handle request: Request-5044
[ServerThread] handle request:
Request-548
[ClientThread-4] send request: Request-1681
[ClientThread-0]
send request: Request-7859
[ClientThread-3] send request:
Request-3926
[ServerThread] handle request: Request-6832
[ClientThread-2]
send request:
Request-9906
......
可以觀察到ServerThread處理來自不同客戶端的請求。
思考
Q:
服務器線程的wait條件while(queue.size()==0)能否換成if(queue.size()==0)?
A:
在這個例子中可以，因為服務器線程只有一個。但是，如果服務器線程有多個（例如Web應用程序有多個線程處理并發請求，這非常普遍），就會造成嚴重問題。
Q:
能否用sleep(1000)代替wait()?
A:
絕對不可以。sleep()不會釋放鎖，因此sleep期間別的線程根本沒有辦法調用getRequest()和putRequest()，導致所有相關線程都被阻塞。
Q:
(Request)queue.remove(0)可以放到synchronized() {}塊外面嗎？
A:
不可以。因為while()是測試queue，remove()是使用queue，兩者是一個原子操作，不能放在synchronized外面。
總結
多線程設計看似簡單，實際上必須非常仔細地考慮各種鎖定/同步的條件，稍不小心，就可能出錯。并且，當線程較少時，很可能發現不了問題，一旦問題出現又難以調試。
所幸的是，已有一些被驗證過的模式可以供我們使用，我們會繼續介紹一些常用的多線程設計模式。