Posted on 2007-11-09 01:40
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多線(xiàn)程主題
wait()/notify()
通常，多線(xiàn)程之間需要協(xié)調(diào)工作。例如，瀏覽器的一個(gè)顯示圖片的線(xiàn)程displayThread想要執(zhí)行顯示圖片的任務(wù)，必須等待下載線(xiàn)程downloadThread將該圖片下載完畢。如果圖片還沒(méi)有下載完，displayThread可以暫停，當(dāng)downloadThread完成了任務(wù)后，再通知displayThread“圖片準(zhǔn)備完畢，可以顯示了”，這時(shí)，displayThread繼續(xù)執(zhí)行。
以上邏輯簡(jiǎn)單的說(shuō)就是：如果條件不滿(mǎn)足，則等待。當(dāng)條件滿(mǎn)足了，就執(zhí)行下面的程序，這個(gè)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于wait/notify。等待機(jī)制與鎖機(jī)制是密切關(guān)聯(lián)的。例如：
synchronized(obj)
{
while(!condition)
{
obj.wait();
}
obj.doSomething();
}
當(dāng)線(xiàn)程A獲得了obj鎖后，發(fā)現(xiàn)條件condition不滿(mǎn)足，無(wú)法繼續(xù)下一處理，于是線(xiàn)程A就wait()。
在另一線(xiàn)程B中，如果B更改了某些條件，使得線(xiàn)程A的condition條件滿(mǎn)足了，就可以喚醒線(xiàn)程A：
synchronized(obj)
{
condition = true;
obj.notify();
}
需要注意的概念是：
#
調(diào)用obj的wait(), notify()方法前，必須獲得obj鎖，也就是必須寫(xiě)在synchronized(obj) {...} 代碼段內(nèi)。
#
調(diào)用obj.wait()后，線(xiàn)程A就釋放了obj的鎖，否則線(xiàn)程B無(wú)法獲得obj鎖，也就無(wú)法在synchronized(obj) {...}
代碼段內(nèi)喚醒A。
# 當(dāng)obj.wait()方法返回后，線(xiàn)程A需要再次獲得obj鎖，才能繼續(xù)執(zhí)行。
#
如果A1,A2,A3都在obj.wait()，則B調(diào)用obj.notify()只能喚醒A1,A2,A3中的一個(gè)（具體哪一個(gè)由JVM決定）。
#
obj.notifyAll()則能全部喚醒A1,A2,A3，但是要繼續(xù)執(zhí)行obj.wait()的下一條語(yǔ)句，必須獲得obj鎖，因此，A1,A2,A3只有一個(gè)有機(jī)會(huì)獲得鎖繼續(xù)執(zhí)行，例如A1，其余的需要等待A1釋放obj鎖之后才能繼續(xù)執(zhí)行。
#
當(dāng)B調(diào)用obj.notify/notifyAll的時(shí)候，B正持有obj鎖，因此，A1,A2,A3雖被喚醒，但是仍無(wú)法獲得obj鎖。直到B退出synchronized塊，釋放obj鎖后，A1,A2,A3中的一個(gè)才有機(jī)會(huì)獲得鎖繼續(xù)執(zhí)行。
wait()/sleep()的區(qū)別
前面講了wait/notify機(jī)制，Thread還有一個(gè)sleep()靜態(tài)方法，它也能使線(xiàn)程暫停一段時(shí)間。sleep與wait的不同點(diǎn)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(huì)使線(xiàn)程進(jìn)入obj對(duì)象的等待集合中并等待喚醒。
但是wait()和sleep()都可以通過(guò)interrupt()方法打斷線(xiàn)程的暫停狀態(tài)，從而使線(xiàn)程立刻拋出InterruptedException。
如果線(xiàn)程A希望立即結(jié)束線(xiàn)程B，則可以對(duì)線(xiàn)程B對(duì)應(yīng)的Thread實(shí)例調(diào)用interrupt方法。如果此刻線(xiàn)程B正在wait/sleep/join，則線(xiàn)程B會(huì)立刻拋出InterruptedException，在catch()
{}
中直接return即可安全地結(jié)束線(xiàn)程。
需要注意的是，InterruptedException是線(xiàn)程自己從內(nèi)部拋出的，并不是interrupt()方法拋出的。對(duì)某一線(xiàn)程調(diào)用interrupt()時(shí)，如果該線(xiàn)程正在執(zhí)行普通的代碼，那么該線(xiàn)程根本就不會(huì)拋出InterruptedException。但是，一旦該線(xiàn)程進(jìn)入到wait()/sleep()/join()后，就會(huì)立刻拋出InterruptedException。
GuardedSuspention
GuardedSuspention模式主要思想是：
當(dāng)條件不滿(mǎn)足時(shí)，線(xiàn)程等待，直到條件滿(mǎn)足時(shí)，等待該條件的線(xiàn)程被喚醒。
我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)客戶(hù)端線(xiàn)程和一個(gè)服務(wù)器線(xiàn)程，客戶(hù)端線(xiàn)程不斷發(fā)送請(qǐng)求給服務(wù)器線(xiàn)程，服務(wù)器線(xiàn)程不斷處理請(qǐng)求。當(dāng)請(qǐng)求隊(duì)列為空時(shí)，服務(wù)器線(xiàn)程就必須等待，直到客戶(hù)端發(fā)送了請(qǐng)求。
先定義一個(gè)請(qǐng)求隊(duì)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(lán)色部分就是服務(wù)器線(xiàn)程的等待條件，而客戶(hù)端線(xiàn)程在放入了一個(gè)request后，就使服務(wù)器線(xiàn)程等待條件滿(mǎn)足，于是喚醒服務(wù)器線(xiàn)程。
客戶(hù)端線(xiàn)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(wù)器線(xiàn)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(wù)器線(xiàn)程在紅色部分可能會(huì)阻塞，也就是說(shuō)，Queue.getRequest是一個(gè)阻塞方法。這和java標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的許多IO方法類(lèi)似。
最后，寫(xiě)一個(gè)Main來(lái)啟動(dòng)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(dòng)了5個(gè)客戶(hù)端線(xiàn)程和一個(gè)服務(wù)器線(xiàn)程，運(yùn)行結(jié)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(lái)自不同客戶(hù)端的請(qǐng)求。
思考
Q:
服務(wù)器線(xiàn)程的wait條件while(queue.size()==0)能否換成if(queue.size()==0)?
A:
在這個(gè)例子中可以，因?yàn)榉?wù)器線(xiàn)程只有一個(gè)。但是，如果服務(wù)器線(xiàn)程有多個(gè)（例如Web應(yīng)用程序有多個(gè)線(xiàn)程處理并發(fā)請(qǐng)求，這非常普遍），就會(huì)造成嚴(yán)重問(wèn)題。
Q:
能否用sleep(1000)代替wait()?
A:
絕對(duì)不可以。sleep()不會(huì)釋放鎖，因此sleep期間別的線(xiàn)程根本沒(méi)有辦法調(diào)用getRequest()和putRequest()，導(dǎo)致所有相關(guān)線(xiàn)程都被阻塞。
Q:
(Request)queue.remove(0)可以放到synchronized() {}塊外面嗎？
A:
不可以。因?yàn)閣hile()是測(cè)試queue，remove()是使用queue，兩者是一個(gè)原子操作，不能放在synchronized外面。
總結(jié)
多線(xiàn)程設(shè)計(jì)看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上必須非常仔細(xì)地考慮各種鎖定/同步的條件，稍不小心，就可能出錯(cuò)。并且，當(dāng)線(xiàn)程較少時(shí)，很可能發(fā)現(xiàn)不了問(wèn)題，一旦問(wèn)題出現(xiàn)又難以調(diào)試。
所幸的是，已有一些被驗(yàn)證過(guò)的模式可以供我們使用，我們會(huì)繼續(xù)介紹一些常用的多線(xiàn)程設(shè)計(jì)模式。