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Java:并发不易,先学会用

来源:南京中博 作者:南京java培训 发布时间:2020-02-04 11:53

每年都会有很多很多的新人要加入Java编程的大军,他们对“并发”编程中遇到的问题也会有感到无助的时候。

  每年都会有很多很多的新人要加入Java编程的大军,他们对“并发”编程中遇到的问题也会有感到无助的时候。而我,非常乐意与他们一道,对使用Java线程进行并发程序开发的基础知识进行新一轮的学习。

  01、我们为什么要学习并发?

  我的脑袋没有被如来佛祖开过光,所以喜欢一件事接着一件事的想,做不到“一脑两用”。但有些大佬就不一样,比如说诸葛亮,就能够一边想着琴谱一边谈着弹着琴,还能夹带着盘算出司马懿退兵后的打算。

  诸葛大佬就有着超强的“并发”能力啊。换做是我,面对司马懿的千万大军,不仅弹不了琴,弄不好还被吓得屁滚尿流。

  每个人都只有一个脑子,就像电脑只有一个CPU一样。但一个脑子并不意味着不能“一脑两用”,关键就在于脑子有没有“并发”的能力。

  脑子要是有了并发能力,那真的是厉害到飞起啊,想想司马懿被气定神闲的诸葛大佬吓跑的样子就知道了。

  对于程序来说,如果具有并发的能力,效率就能够大幅度地提升。你一定注册过不少网站,收到过不少验证码,如果网站的服务器端在发送验证码的时候,没有专门起一个线程来处理(并发),假如网络不好发生阻塞的话,那服务器端岂不是要从天亮等到天黑才知道你有没有收到验证码?如果就你一个用户也就算了,但假如有一百个用户呢?这一百个用户难道也要在那傻傻地等着,那真要等到花都谢了。

  可想而知,并发编程是多么的重要!况且,懂不懂Java虚拟机和会不会并发编程,几乎是判定一个Java开发人员是不是高手的不三法则。所以要想挣得多,还得会并发啊!

  02、并发第一步,创建一个线程

  通常,启动一个程序,就相当于起了一个进程。每个电脑都会运行很多程序,所以你会在进程管理器中看到很多进程。你会说,这不废话吗?

  不不不,在我刚学习编程的很长一段时间内,我都想当然地以为这些进程就是线程;但后来我知道不是那么回事儿。一个进程里,可能会有很多线程在运行,也可能只有一个。

  main函数其实就是一个主线程。我们可以在这个主线程当中创建很多其他的线程。来看下面这段代码。

  public class Wanger {public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {Thread t = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("我叫" + Thread.currentThread().getName() + ",我超喜欢沉默王二的写作风格");}});t.start();}}}

  创建线程最常用的方式就是声明一个实现了Runnable接口的匿名内部类;然后将它作为创建Thread对象的参数;再然后调用Thread对象的start()方法进行启动。运行的结果如下。

  我叫Thread-1,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-3,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-2,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-0,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-5,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-4,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-6,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-7,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-8,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫Thread-9,我超喜欢沉默王二的写作风格

  从运行的结果中可以看得出来,线程的执行顺序不是从0到9的,而是有一定的随机性。这是因为Java的并发是抢占式的,线程0虽然创建得最早,但它的“争宠”能力却一般,上位得比较艰辛。

  03、并发第二步,创建线程池

  java.util.concurrent.Executors类提供了一系列工厂方法用于创建线程池,可把多个线程放在一起进行更高效地管理。示例如下。

  public class Wanger {public static void main(String[] args) {ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();for (int i = 0; i < 10; i++) {Runnable r = new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("我叫" + Thread.currentThread().getName() + ",我超喜欢沉默王二的写作风格");}};executorService.execute(r);}executorService.shutdown();}}

  运行的结果如下。

  我叫pool-1-thread-2,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-4,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-5,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-3,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-4,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-1,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-7,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-6,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-5,我超喜欢沉默王二的写作风格我叫pool-1-thread-6,我超喜欢沉默王二的写作风格

  Executors的newCachedThreadPool()方法用于创建一个可缓存的线程池,调用该线程池的方法execute()可以重用以前的线程,只要该线程可用;比如说,pool-1-thread-4、pool-1-thread-5和pool-1-thread-6就得到了重用的机会。我能想到的最佳形象代言人就是女皇武则天。

  如果没有可用的线程,就会创建一个新线程并添加到池中。当然了,那些60秒内还没有被使用的线程也会从缓存中移除。

  另外,Executors的newFiexedThreadPool(int num)方法用于创建固定数目线程的线程池;newSingleThreadExecutor()方法用于创建单线程化的线程池(你能想到它应该使用的场合吗?)。

  但是,故事要转折了。阿里巴巴的Java开发手册中明确地指出,不允许使用Executors来创建线程池。

  不能使用Executors创建线程池,那么该怎么创建线程池呢?

  直接调用ThreadPoolExecutor的构造函数来创建线程池呗。其实Executors就是这么做的,只不过没有对BlockQueue指定容量。我们需要做的就是在创建的时候指定容量。代码示例如下。

  ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue(10));

Java:并发不易,先学会用

  04、并发第三步,解决共享资源竞争的问题

  有一次,我陪家人在商场里面逛街,出电梯的时候有一个傻叉非要抢着进电梯。女儿的小推车就压到了那傻叉的脚上,他竟然不依不饶地指着我的鼻子叫嚣。我直接一拳就打在他的鼻子上,随后我们就纠缠在了一起。

  这件事情说明了什么问题呢?第一,遇到不讲文明不知道“先出后进”(LIFO)规则的傻叉真的很麻烦;第二,竞争共享资源的时候,弄不好要拳脚相向。

  在Java中,解决共享资源竞争问题的首个解决方案就是使用关键字synchronized。当线程执行被synchronized保护的代码片段的时候,会对这段代码进行上锁,其他调用这段代码的线程会被阻塞,直到锁被释放。

  下面这段代码使用ThreadPoolExecutor创建了一个线程池,池里面的每个线程会对共享资源count进行+1操作。现在,闭上眼想一想,当1000个线程执行结束后,count的值会是多少呢?

  public class Wanger {public static int count = 0;public static int getCount() {return count;}public static void addCount() { count++;}public static void main(String[] args) {ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(10, 1000, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue(10));for (int i = 0; i < 1000; i++) {Runnable r = new Runnable() {@Overridepublic void run() {Wanger.addCount();}};executorService.execute(r);}executorService.shutdown();System.out.println(Wanger.count);}}

  事实上,共享资源count的值很有可能是996、998,但很少会是1000。为什么呢?

  因为一个线程正在写这个变量的时候,另外一个线程可能正在读这个变量,或者正在写这个变量。这个变量就变成了一个“不确定状态”的数据。这个变量必须被保护起来。

  通常的做法就是在改变这个变量的addCount()方法上加上synchronized关键字——保证线程在访问这个变量的时候有序地进行排队。

  示例如下:

  public synchronized static void addCount() { count++;}

  还有另外的一种常用方法——读写锁。分为读锁和写锁,多个读锁不互斥,读锁与写锁互斥,由Java虚拟机控制。如果代码允许很多线程同时读,但不能同时写,就上读锁;如果代码不允许同时读,并且只能有一个线程在写,就上写锁。

  读写锁的接口是ReadWriteLock,具体实现类是 ReentrantReadWriteLock。synchronized属于互斥锁,任何时候只允许一个线程的读写操作,其他线程必须等待;而ReadWriteLock允许多个线程获得读锁,但只允许一个线程获得写锁,效率相对较高一些。

  我们先使用枚举创建一个读写锁的单例。代码如下:

  public enum Locker {INSTANCE;private static final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();public Lock writeLock() {return lock.writeLock();}}

  再在addCount()方法中对count++;上锁。示例如下。

  public static void addCount() {// 上锁Lock writeLock = Locker.INSTANCE.writeLock();writeLock.lock();count++;// 释放锁writeLock.unlock();}

  使用读写锁的时候,切记最后要释放锁。

(责任编辑:南京Java培训中心)

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