Java多线程同步调度技术：实战经典案例

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【IT168 技术】作为一名Java开发人员，不管作为面试官，还是被面试的对象，甚至是两者兼有。Java线程技术的考察，势必成为整个面试过程的重点之一。分析一下原因，不难发现，实际工作当中，涉及到的Java应用几乎全是多线程，单线程Java应用微乎其微。如何管理好多线程的调度，比如线程的安全问题，是Java应用实现高效并行运行的关键点之一，也是摆在大多数Java初学者的难题。本文的目的是以Java线程核心之一的同步Synchronized机制入手，原理与实例并重，以便读者能够较好的理解并熟练应用Java多线程技术。
　　理解线程概念是基础

　　简单的说，相对于操作系统而言，运行的程序我们称之为进程。而进程又可细分为多个线程，从这个角度来说，线程是操作系统能够调度的最小单位。服务于同一进程的不同线程，按照角色的不同，执行不同的任务，我们称为多线程。多线程由于共享内存资源而获得较高的运行效率，对于应用程序，尤其是企业级应用，性能指标尤为重要。

　　无间道II的一句经典台词“出来混，迟早要还的”被人津津乐道。多线程带来性能提高的同时，也引入复杂的问题。其中之一就是多线程的同步问题。试想一下，当多个线程同时读写同一份文件，一个线程正在写，还未写完，另一个线程就开始读，这样就引起了所谓的线程冲突。

　　掌握线程同步是关键

　　面对上述线程冲突的问题，一个习惯性的想法是，同一时间，要么读，要么写。当写线程(我们姑且命名为A)在执行时，读线程(我们命名为B)挂起，反之亦然。换句话说，就是把并行的两个操作，通过引入某种控制，变换成串行操作。我们把多线程通过特定的东西(如互斥量)来控制线程之间的执行顺序(同步)这种操作称之为线程同步。

　　在Java编程模型中，我们称所谓的互斥量为线程锁，它对应一个Java实例对象或者类对象。而同步这一过程使用关键字Synchronized表示。

　　千里之行始于足下：Synchronized语法详解

　　俗话说，工欲善其事必先利其器，在给出Java一些具体的编程实例前，我们先来看看Synchronized关键字的具体用法。

　　从使用方式上，Synchronized包含两种用法：Synchronized 方法和 Synchronized 块。前者在方法声明前加synchronized关键字，如：

public synchronized void accessVal(int newVal);

　　用来控制对共享资源的访问。同一时间，仅允许一个线程操作该方法，其它线程排队。后者在代码块前加synchronized关键字，如：

synchronized(syncObject) {

　　//允许访问控制的代码

　　}

　　和前者一样，同一时间，仅允许一个线程进入该代码块。两者的唯一区别是，Synchronized 方法对应的锁对象是this，而Synchronized 块对应的锁对象可以自由指定。

　　从作用域的角度，Synchronized也分为两种：实例对象和类对象。synchronized aMethod(){}是一个实例方法，这就意味着，对于同一个对象，同一时间，仅有可能被一个线程调用，其它线程排队。而对于与不同的对象，其它线程仍然能访问该方法。所不同的是，对于类对象而言，情况则完全不同。synchronized static aStaicMethod(){}是一个类方法，这就意味着，同一时间，该方法只能被一个线程调用，其它的线程没有任何机会。除非当前线程执行完操作或终止，释放线程锁。

　　此外，虽然继承是面向对象的Java语言特点之一，但是Synchronized关键字不具备继承性。也就是说，基类的方法synchronized aMethod(){} 在继承类中并不自动是synchronized aMethod(){}，而是变成了aMethod(){}。继承类需要显式指定synchronized关键字。

　　Synchronized实战：生产者与消费者

　　线程的同步最经典的案例莫过于生产者与消费者问题。我们的例子将围绕它展开。生产者与消费者指的是两个线程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者线程，用于将“产品”放入缓冲区;另一个是消费者线程，用于从缓冲区取出“产品”。问题出现在缓冲区已满，生产者还想添加“产品”，其解决办法是让生产者此时休眠，待消费者从缓冲区取走一个或者多个“产品”再唤醒。同样地，当缓冲区已空，消费者还想取出“产品”，此时也可以让消费者休眠，待生产者放入一个或者多个数据时再唤醒它。

　　为简单起见，这里我们假设缓冲区的长度为1，这里的“产品”对应一个整数。该缓冲区提供读、写操作。对应的Buffer类如下：

class Buffer {

　　intn;

　　booleanhasValue =
false;

　　synchronizedint get() {

　　while(!hasValue)

　　try {

　　wait();

　　} catch(InterruptedException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}

　　System.out.println("Get:
" + n);

　　hasValue =
false;

　　notify();

　　returnn;

　　}

　　synchronizedvoid put(int n) {

　　while(hasValue)

　　try {

　　wait();

　　} catch(InterruptedException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}

　　this.n = n;

　　hasValue =
true;

　　System.out.println("Put:
" + n);

　　notify();

　　}

　　}

　　

　　wait()与notify()是Java线程同步机制最重要的两个方法。wait方法可以使在当前线程的对象等待，直到别的线程调用此对象的notify或notifyAll方法。

　　生产者线程类如下：

class Producer implements Runnable {

　　Buffer q;

　　Producer(Buffer q) {

　　this.q = q;

　　new Thread(this,
"Producer").start();

　　}

　　publicvoid run() {

　　int i
= 0;

　　while(true) {

　　q.put(i++);

　　}

　　}

　　}

　　消费者线程类如下：

　class Consumer implements Runnable {

　　Buffer q;

　　Consumer(Buffer q) {

　　this.q = q;

　　new Thread(this,
"Consumer").start();

　　}

　　publicvoid run() {

　　while(true) {

　　q.get();

　　}

　　}

　　}

　　Main函数：

publicclass Sample {

　　publicstaticvoid main(String args[]) {

　　Buffer q =
new Buffer();

　　new Consumer(q);

　　new Producer(q);

　　System.out.println("Press Ctrl-C to stop.");

　　}

　　}