Java多线程详解5【面试+工作】
Java多线程详解5【面试+工作】
Java帮帮
发布于 2018-03-15 17:12:48
发布于 2018-03-15 17:12:48
Java多线程详解【面试+工作】
Java线程：新特征-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。
下面是一个简单例子：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
/**
* Java线程：新特征-信号量
*
* @author leizhimin 2009-11-5 13:44:45
*/
publicclass Test {
publicstaticvoid 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;
}
publicvoid 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
privateint 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;
}
publicvoid 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！");
}
}
}
任务B成功获取了12个许可！
任务B释放了12个许可！
任务A成功获取了3个许可！
任务C成功获取了7个许可！
任务C释放了7个许可！
任务A释放了3个许可！
Process finished with exit code 0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。
Java线程：新特征-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：
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
/**
* Java线程：新特征-阻塞队列
*
* @author leizhimin 2009-11-5 14:59:15
*/
publicclass Test {
publicstaticvoid main(String[] args)throws InterruptedException {
BlockingQueue bqueue = new ArrayBlockingQueue(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----");
}
}
输出结果：
向阻塞队列中添加了元素:0
向阻塞队列中添加了元素:1
向阻塞队列中添加了元素:2
向阻塞队列中添加了元素:3
向阻塞队列中添加了元素:4
向阻塞队列中添加了元素:5
向阻塞队列中添加了元素:6
向阻塞队列中添加了元素:7
向阻塞队列中添加了元素:8
向阻塞队列中添加了元素:9
向阻塞队列中添加了元素:10
向阻塞队列中添加了元素:11
向阻塞队列中添加了元素:12
向阻塞队列中添加了元素:13
向阻塞队列中添加了元素:14
向阻塞队列中添加了元素:15
向阻塞队列中添加了元素:16
向阻塞队列中添加了元素:17
向阻塞队列中添加了元素:18
向阻塞队列中添加了元素:19可以看出，输出到元素19时候，就一直处于等待状态，因为队列满了，程序阻塞了。
这里没有用多线程来演示，没有这个必要。
另外，阻塞队列还有更多实现类，用来满足各种复杂的需求：ArrayBlockingQueue, DelayQueue, LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, SynchronousQueue，具体的API差别也很小。
Java线程：新特征-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：
import java.util.concurrent.BlockingDeque;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
/**
* Java线程：新特征-阻塞栈
*
* @author leizhimin 2009-11-5 15:34:29
*/
publicclass Test {
publicstaticvoid main(String[] args)throws InterruptedException {
BlockingDeque bDeque = new LinkedBlockingDeque(20);
for (int i = 0; i < 30; i++) {
//将指定元素添加到此阻塞栈中，如果没有可用空间，将一直等待（如果有必要）。
bDeque.putFirst(i);
System.out.println("向阻塞栈中添加了元素:" + i);
}
System.out.println("程序到此运行结束，即将退出----");
}
}
输出结果：
向阻塞栈中添加了元素:0
向阻塞栈中添加了元素:1
向阻塞栈中添加了元素:2
向阻塞栈中添加了元素:3
向阻塞栈中添加了元素:4
向阻塞栈中添加了元素:5
向阻塞栈中添加了元素:6
向阻塞栈中添加了元素:7
向阻塞栈中添加了元素:8
向阻塞栈中添加了元素:9
向阻塞栈中添加了元素:10
向阻塞栈中添加了元素:11
向阻塞栈中添加了元素:12
向阻塞栈中添加了元素:13
向阻塞栈中添加了元素:14
向阻塞栈中添加了元素:15
向阻塞栈中添加了元素:16
向阻塞栈中添加了元素:17
向阻塞栈中添加了元素:18
向阻塞栈中添加了元素:19从上面结果可以看到，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。
Java线程：新特征-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。
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
*/
publicclass Test {
publicstaticvoid 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 SaveThreadextends Thread {
private String name; //操作人
private MyCount myCount; //账户
privateint x; //存款金额
SaveThread(String name, MyCount myCount, int x) {
this.name = name;
this.myCount = myCount;
this.x = x;
}
publicvoid run() {
myCount.saving(x, name);
}
}
/**
* 取款线程类
*/
class DrawThreadextends Thread {
private String name; //操作人
private MyCount myCount; //账户
privateint x; //存款金额
DrawThread(String name, MyCount myCount, int x) {
this.name = name;
this.myCount = myCount;
this.x = x;
}
publicvoid run() {
myCount.drawing(x, name);
}
}
/**
* 普通银行账户，不可透支
*/
class MyCount {
private String oid; //账号
privateint 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
*/
publicvoid 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(); //唤醒所有等待线程。
lock.unlock(); //释放锁
}
/**
* 取款
*
* @param x 操作金额
* @param name 操作人
*/
publicvoid 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
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock(); //释放锁
}
}
}
李四存款3600，当前余额为13600
张三存款2000，当前余额为15600
老张存款600，当前余额为16200
老牛取款1300，当前余额为14900
胖子取款800，当前余额为14100
王五取款2700，当前余额为11400
Process finished with exit code 0假如我们不用锁和条件变量，如何实现此功能呢？
下面是实现代码：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* Java线程：不用条件变量
*
* @author leizhimin 2009-11-5 10:57:29
*/
publicclass Test {
publicstaticvoid 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 SaveThreadextends Thread {
private String name; //操作人
private MyCount myCount; //账户
privateint x; //存款金额
SaveThread(String name, MyCount myCount, int x) {
this.name = name;
this.myCount = myCount;
this.x = x;
}
publicvoid run() {
myCount.saving(x, name);
}
}
/**
* 取款线程类
*/
class DrawThreadextends Thread {
private String name; //操作人
private MyCount myCount; //账户
privateint x; //存款金额
DrawThread(String name, MyCount myCount, int x) {
this.name = name;
this.myCount = myCount;
this.x = x;
}
publicvoid run() {
myCount.drawing(x, name);
}
}
/**
* 普通银行账户，不可透支
*/
class MyCount {
private String oid; //账号
privateint cash; //账户余额
MyCount(String oid, int cash) {
this.oid = oid;
this.cash = cash;
}
/**
* 存款
*
* @param x 操作金额
* @param name 操作人
*/
publicsynchronizedvoid saving(int x, String name) {
if (x > 0) {
cash += x; //存款
System.out.println(name + "存款" + x +"，当前余额为" + cash);
}
notifyAll(); //唤醒所有等待线程。
}
/**
* 取款
*
* @param x 操作金额
* @param name 操作人
*/
publicsynchronizedvoid drawing(int x, String name) {
if (cash - x < 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
} else {
cash -= x; //取款
System.out.println(name + "取款" + x +"，当前余额为" + cash);
}
notifyAll(); //唤醒所有存款操作
}
}
输出结果为：
李四存款3600，当前余额为13600
王五取款2700，当前余额为10900
老张存款600，当前余额为11500
老牛取款1300，当前余额为10200
胖子取款800，当前余额为9400
张三存款2000，当前余额为11400
Process finished with exit code 0结合先前同步代码知识，举一反三，将此例改为同步代码块来实现，
代码如下：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* Java线程：改为同步代码块
*
* @author leizhimin 2009-11-5 10:57:29
*/
publicclass Test {
publicstaticvoid 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 SaveThreadextends Thread {
private String name; //操作人
private MyCount myCount; //账户
privateint x; //存款金额
SaveThread(String name, MyCount myCount, int x) {
this.name = name;
this.myCount = myCount;
this.x = x;
}
publicvoid run() {
myCount.saving(x, name);
}
}
/**
* 取款线程类
*/
class DrawThreadextends Thread {
private String name; //操作人
private MyCount myCount; //账户
privateint x; //存款金额
DrawThread(String name, MyCount myCount, int x) {
this.name = name;
this.myCount = myCount;
this.x = x;
}
publicvoid run() {
myCount.drawing(x, name);
}
}
/**
* 普通银行账户，不可透支
*/
class MyCount {
private String oid; //账号
privateint cash; //账户余额
MyCount(String oid, int cash) {
this.oid = oid;
this.cash = cash;
}
/**
* 存款
*
* @param x 操作金额
* @param name 操作人
*/
publicvoid saving(int x, String name) {
if (x > 0) {
synchronized (this) {
cash += x; //存款
System.out.println(name + "存款" + x +"，当前余额为" + cash);
notifyAll(); //唤醒所有等待线程。
}
}
}
/**
* 取款
*
* @param x 操作金额
* @param name 操作人
*/
publicsynchronizedvoid drawing(int x, String name) {
synchronized (this) {
if (cash - x < 0) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
} else {
cash -= x; //取款
System.out.println(name + "取款" + x +"，当前余额为" + cash);
}
}
notifyAll(); //唤醒所有存款操作
}
}李四存款3600，当前余额为13600 王五取款2700，当前余额为10900 老张存款600，当前余额为11500 老牛取款1300，当前余额为10200 胖子取款800，当前余额为9400 张三存款2000，当前余额为11400 Process finished with exit code 0
对比以上三种方式，从控制角度上讲，第一种最灵活，第二种代码最简单，第三种容易犯错。
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原始发表：2017-12-12，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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