Java的線程編程非常簡單。但有時會看到一些關於線程的錯誤用法。下面列出一些應該注意的問題。
1.同步對象的恆定性
All Java objects are references.
對於局部變量和參數來說,java裡面的int, float, double, boolean等基本數據類型,都在棧上。這些基本類型是無法同步的;Java裡面的對象(根對象是Object),全都在堆裡,指向對象的reference在棧上。
Java中的同步對象,實際上是對於reference所指的“對象地址”進行同步。
需要注意的問題是,千萬不要對同步對象重新賦值。舉個例子。
class A implements Runnable{
Object lock = new Object();
void run(){
for(...){
synchronized(lock){
// do something
...
lock = new Object();
}
}
}
run函數裡面的這段同步代碼實際上是毫無意義的。因為每一次lock都給重新分配了新的對象的reference,每個線程都在新的reference同步。
大家可能覺得奇怪,怎麼會舉這麼一個例子。因為我見過這樣的代碼,同步對象在其它的函數裡被重新賦了新值。
這種問題很難查出來。
所以,一般應該把同步對象聲明為final.
final Object lock = new Object();
使用Singleton Pattern 設計模式來獲取同步對象,也是一種很好的選擇。
2.如何放置共享數據
實現線程,有兩種方法,一種是繼承Thread類,一種是實現Runnable接口。
上面舉的例子,采用實現Runnable接口的方法。本文推薦這種方法。
首先,把需要共享的數據放在一個實現Runnable接口的類裡面,然後,把這個類的實例傳給多個Thread的構造方法。這樣,新創建的多個Thread,都共同擁有一個Runnable實例,共享同一份數據。
如果采用繼承Thread類的方法,就只好使用static靜態成員了。如果共享的數據比較多,就需要大量的static靜態成員,令程序數據結構混亂,難以擴展。這種情況應該盡量避免。
編寫一段多線程代碼,處理一個稍微復雜點的問題。兩種方法的優劣,一試便知。
3.同步的粒度
線程同步的粒度越小越好,即,線程同步的代碼塊越小越好。盡量避免用synchronized修飾符來聲明方法。盡量使用synchronized(anObject)的方式,如果不想引入新的同步對象,使用synchronized(this)的方式。而且,synchronized代碼塊越小越好。
4.線程之間的通知
這裡使用“通知”這個詞,而不用“通信”這個詞,是為了避免詞義的擴大化。
線程之間的通知,通過Object對象的wait()和notify() 或notifyAll() 方法實現。
下面用一個例子,來說明其工作原理:
假設有兩個線程,A和B。共同擁有一個同步對象,lock。
1.首先,線程A通過synchronized(lock) 獲得lock同步對象,然後調用lock.wait()函數,放棄lock同步對象,線程A停止運行,進入等待隊列。
2.線程B通過synchronized(lock) 獲得線程A放棄的lock同步對象,做完一定的處理,然後調用 lock.notify() 或者lock.notifyAll() 通知等待隊列裡面的線程A。
3.線程A從等待隊列裡面出來,進入ready隊列,等待調度。
4.線程B繼續處理,出了synchronized(lock)塊之後,放棄lock同步對象。
5.線程A獲得lock同步對象,繼續運行。
例子代碼如下:
public class SharedResource implements Runnable{
Object lock = new Object();
public void run(){
// 獲取當前線程的名稱。
String threadName = Thread.currentThread().getName();
if( “A”.equals(threadName)){
synchronized(lock){ //線程A通過synchronized(lock) 獲得lock同步對象
try{
System.out.println(“ A gives up lock.”);
lock.wait(); // 調用lock.wait()函數,放棄lock同步對象,
// 線程A停止運行,進入等待隊列。
}catch(InterruptedException e){
}
// 線程A重新獲得lock同步對象之後,繼續運行。
System.out.println(“ A got lock again and continue to run.”);
} // end of synchronized(lock)
}
if( “B”.equals(threadName)){
synchronized(lock){//線程B通過synchronized(lock) 獲得線程A放棄的lock同步對象
System.out.println(“B got lock.”);
lock.notify(); //通知等待隊列裡面的線程A,進入ready隊列,等待調度。
//線程B繼續處理,出了synchronized(lock)塊之後,放棄lock同步對象。
System.out.println(“B gives up lock.”);
} // end of synchronized(lock)
boolean hasLock = Thread.holdsLock(lock); // 檢查B是否擁有lock同步對象。
System.out.println(“B has lock ? -- ” +hasLock); // false.
}
}
}
public class TestMain{
public static void main(){
Runnable resource = new SharedResource();
Thread A = new Thread(resource,”A”);
A.start();
// 強迫主線程停止運行,以便線程A開始運行。
try {
Thread.sleep(500);
}catch(InterruptedException e){
}
Thread B = new Thread(resource,”B”);
B.start();
}
}
5.跨類的同步對象
對於簡單的問題,可以把訪問共享資源的同步代碼都放在一個類裡面。
但是對於復雜的問題,我們需要把問題分為幾個部分來處理,需要幾個不同的類來處理問題。這時,就需要在不同的類中,共享同步對象。比如,在生產者和消費者之間共享同步對象,在讀者和寫者之間共享同步對象。
如何在不同的類中,共享同步對象。有幾種方法實現,
(1)前面講過的方法,使用static靜態成員,(或者使用Singleton Pattern.)
(2)用參數傳遞的方法,把同步對象傳遞給不同的類。
(3)利用字符串常量的“原子性”。
對於第三種方法,這裡做一下解釋。一般來說,程序代碼中的字符串常量經過編譯之後,都具有唯一性,即,內存中不會存在兩份相同的字符串常量。
(通常情況下,C++,C語言程序編譯之後,也具有同樣的特性。)
比如,我們有如下代碼。
String A = “atom”;
String B = “atom”;
我們有理由認為,A和B指向同一個字符串常量。即,A==B。
注意,聲明字符串變量的代碼,不符合上面的規則。
String C= new String(“atom”);
String D = new String(“atom”);
這裡的C和D的聲明是字符串變量的聲明,所以,C != D。
有了上述的認識,我們就可以使用字符串常量作為同步對象。
比如我們在不同的類中,使用synchronized(“myLock”), “myLock”.wait(),“myLock”.notify(), 這樣的代碼,就能夠實現不同類之間的線程同步。
本文並不強烈推薦這種用法,只是說明,有這樣一種方法存在。
本文推薦第二種方法,(2)用參數傳遞的方法,把同步對象傳遞給不同的類。