Java中怎么實(shí)現(xiàn)多線程編程

這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)Java中怎么實(shí)現(xiàn)多線程編程，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

1、在構(gòu)造函數(shù)中啟動(dòng)線程

我在很多代碼中都看到這樣的問(wèn)題，在構(gòu)造函數(shù)中啟動(dòng)一個(gè)線程，類似這樣：

public class A{     public A(){        this.x=1;        this.y=2;        this.thread=new MyThread();        this.thread.start();     }       }

這個(gè)會(huì)引起什么問(wèn)題呢？如果有個(gè)類B繼承了類A，依據(jù)java類初始化的順序，A的構(gòu)造函數(shù)一定會(huì)在B的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用前被調(diào)用，那么thread線程也將在B被完全初始化之前啟動(dòng)，當(dāng)thread運(yùn)行時(shí)使用到了類A中的某些變量，那么就可能使用的不是你預(yù)期中的值，因?yàn)樵贐的構(gòu)造函數(shù)中你可能賦給這些變量新的值。也就是說(shuō)此時(shí)將有兩個(gè)線程在使用這些變量，而這些變量卻沒(méi)有同步。

解決這個(gè)問(wèn)題有兩個(gè)辦法：將A設(shè)置為final，不可繼承；或者提供單獨(dú)的start方法用來(lái)啟動(dòng)線程，而不是放在構(gòu)造函數(shù)中。

2、不完全的同步

都知道對(duì)一個(gè)變量同步的有效方式是用synchronized保護(hù)起來(lái)，synchronized可能是對(duì)象鎖，也可能是類鎖，看你是類方法還是實(shí)例方法。但是，當(dāng)你將某個(gè)變量在A方法中同步，那么在變量出現(xiàn)的其他地方，你也需要同步，除非你允許弱可見(jiàn)性甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤值。類似這樣的代碼：

class A{    int x;    public int getX(){       return x;    }    public synchronized void setX(int x)    {       this.x=x;    }  }

x的setter方法有同步，然而getter方法卻沒(méi)有，那么就無(wú)法保證其他線程通過(guò)getX得到的x是***的值。事實(shí)上，這里的setX的同步是沒(méi)有必要的，因?yàn)閷?duì)int的寫入是原子的，這一點(diǎn)JVM規(guī)范已經(jīng)保證，多個(gè)同步?jīng)]有任何意義；當(dāng)然，如果這里不是int，而是double或者long，那么getX和setX都將需要同步，因?yàn)閐ouble和long都是64位，寫入和讀取都是分成兩個(gè)32位來(lái)進(jìn)行(這一點(diǎn)取決于jvm的實(shí)現(xiàn)，有的jvm實(shí)現(xiàn)可能保證對(duì)long和double的read、write是原子的），沒(méi)有保證原子性。類似上面這樣的代碼，其實(shí)都可以通過(guò)聲明變量為volatile來(lái)解決。

3、在使用某個(gè)對(duì)象當(dāng)鎖時(shí)，改變了對(duì)象的引用，導(dǎo)致同步失效。

這也是很常見(jiàn)的錯(cuò)誤，類似下面的代碼：

synchronized(array[0])  {     ......     array[0]=new A();     ......  }

同步塊使用array[0]作為鎖，然而在同步塊中卻改變了array[0]指向的引用。分析下這個(gè)場(chǎng)景，***個(gè)線程獲取了array[0]的鎖，第二個(gè)線程因?yàn)闊o(wú)法獲取array[0]而等待，在改變了array[0]的引用后，第三個(gè)線程獲取了新的array[0]的鎖，***和第三兩個(gè)線程持有的鎖是不一樣的，同步互斥的目的就完全沒(méi)有達(dá)到了。這樣代碼的修改，通常是將鎖聲明為final變量或者引入業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的鎖對(duì)象，保證在同步塊內(nèi)不會(huì)被修改引用。

4、沒(méi)有在循環(huán)中調(diào)用wait()。

wait和notify用于實(shí)現(xiàn)條件變量，你可能知道需要在同步塊中調(diào)用wait和notify，為了保證條件的改變能做到原子性和可見(jiàn)性。常?？匆?jiàn)很多代碼做到了同步，卻沒(méi)有在循環(huán)中調(diào)用wait，而是使用if甚至沒(méi)有條件判斷：

synchronized(lock)  {     if(isEmpty()       lock.wait();       }

對(duì)條件的判斷是使用if，這會(huì)造成什么問(wèn)題呢？在判斷條件之前可能調(diào)用notify或者notifyAll，那么條件已經(jīng)滿足，不會(huì)等待，這沒(méi)什么問(wèn)題。在條件沒(méi)有滿足，調(diào)用了wait()方法，釋放lock鎖并進(jìn)入等待休眠狀態(tài)。如果線程是在正常情況下，也就是條件被改變之后被喚醒，那么沒(méi)有任何問(wèn)題，條件滿足繼續(xù)執(zhí)行下面的邏輯操作。問(wèn)題在于線程可能被意外甚至惡意喚醒，由于沒(méi)有再次進(jìn)行條件判斷，在條件沒(méi)有被滿足的情況下，線程執(zhí)行了后續(xù)的操作。意外喚醒的情況，可能是調(diào)用了notifyAll，可能是有人惡意喚醒，也可能是很少情況下的自動(dòng)蘇醒（稱為“偽喚醒”)。因此為了防止這種條件沒(méi)有滿足就執(zhí)行后續(xù)操作的情況，需要在被喚醒后再次判斷條件，如果條件不滿足，繼續(xù)進(jìn)入等待狀態(tài)，條件滿足，才進(jìn)行后續(xù)操作。

synchronized(lock)  {     while(isEmpty()       lock.wait();       }

沒(méi)有進(jìn)行條件判斷就調(diào)用wait的情況更嚴(yán)重，因?yàn)樵诘却翱赡躰otify已經(jīng)被調(diào)用，那么在調(diào)用了wait之后進(jìn)入等待休眠狀態(tài)后就無(wú)法保證線程蘇醒過(guò)來(lái)。

5、同步的范圍過(guò)小或者過(guò)大。

同步的范圍過(guò)小，可能完全沒(méi)有達(dá)到同步的目的；同步的范圍過(guò)大，可能會(huì)影響性能。同步范圍過(guò)小的一個(gè)常見(jiàn)例子是誤認(rèn)為兩個(gè)同步的方法一起調(diào)用也是將同步的，需要記住的是Atomic+Atomic!=Atomic。

Map map=Collections.synchronizedMap(new HashMap());  if(!map.containsKey("a")){           map.put("a", value);  }

這是一個(gè)很典型的錯(cuò)誤，map是線程安全的，containskey和put方法也是線程安全的，然而兩個(gè)線程安全的方法被組合調(diào)用就不一定是線程安全的了。因?yàn)樵赾ontainsKey和put之間，可能有其他線程搶先put進(jìn)了a，那么就可能覆蓋了其他線程設(shè)置的值，導(dǎo)致值的丟失。解決這一問(wèn)題的方法就是擴(kuò)大同步范圍，因?yàn)閷?duì)象鎖是可重入的，因此在線程安全方法之上再同步相同的鎖對(duì)象不會(huì)有問(wèn)題。

Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());  synchronized (map) {       if (!map.containsKey("a")) {           map.put("a", value);       }   }

注意，加大鎖的范圍，也要保證使用的是同一個(gè)鎖，不然很可能造成死鎖。 Collections.synchronizedMap(new HashMap())使用的鎖是map本身，因此沒(méi)有問(wèn)題。當(dāng)然，上面的情況現(xiàn)在更推薦使用ConcurrentHashMap，它有putIfAbsent方法來(lái)達(dá)到同樣的目的并且滿足線程安全性。

同步范圍過(guò)大的例子也很多，比如在同步塊中new大對(duì)象，或者調(diào)用費(fèi)時(shí)的IO操作（操作數(shù)據(jù)庫(kù)，webservice等）。不得不調(diào)用費(fèi)時(shí)操作的時(shí)候，一定要指定超時(shí)時(shí)間，例如通過(guò)URLConnection去invoke某個(gè)URL時(shí)就要設(shè)置connect timeout和read timeout，防止鎖被獨(dú)占不釋放。同步范圍過(guò)大的情況下，要在保證線程安全的前提下，將不必要同步的操作從同步塊中移出。

6、正確使用volatile

在jdk5修正了volatile的語(yǔ)義后，volatile作為一種輕量級(jí)的同步策略就得到了大量的使用。volatile的嚴(yán)格定義參考jvm spec，這里只從volatile能做什么，和不能用來(lái)做什么出發(fā)做個(gè)探討。

volatile可以用來(lái)做什么？

1）狀態(tài)標(biāo)志，模擬控制機(jī)制。常見(jiàn)用途如控制線程是否停止：

private volatile boolean stopped;  public void close(){     stopped=true;  }   public void run(){      while(!stopped){        //do something     }       }

前提是do something中不會(huì)有阻塞調(diào)用之類。volatile保證stopped變量的可見(jiàn)性，run方法中讀取stopped變量總是main memory中的***值。

2）安全發(fā)布，如修復(fù)DLC問(wèn)題。

private volatile IoBufferAllocator instance;  public IoBufferAllocator getInsntace(){      if(instance==null){          synchronized (IoBufferAllocator.class) {              if(instance==null)                  instance=new IoBufferAllocator();          }      }      return instance;  }

3）開(kāi)銷較低的讀寫鎖

public class CheesyCounter {      private volatile int value;       public int getValue() { return value; }       public synchronized int increment() {          return value++;      }  }

synchronized保證更新的原子性，volatile保證線程間的可見(jiàn)性。

volatile不能用于做什么？

1）不能用于做計(jì)數(shù)器

public class CheesyCounter {      private volatile int value;       public int getValue() { return value; }       public int increment() {          return value++;      }  }

因?yàn)関alue++其實(shí)是有三個(gè)操作組成的：讀取、修改、寫入，volatile不能保證這個(gè)序列是原子的。對(duì)value的修改操作依賴于value的***值。解決這個(gè)問(wèn)題的方法可以將increment方法同步，或者使用AtomicInteger原子類。

2）與其他變量構(gòu)成不變式

一個(gè)典型的例子是定義一個(gè)數(shù)據(jù)范圍，需要保證約束lower< upper。

public class NumberRange {      private volatile int lower, upper;       public int getLower() { return lower; }      public int getUpper() { return upper; }       public void setLower(int value) {           if (value > upper)               throw new IllegalArgumentException();          lower = value;      }       public void setUpper(int value) {           if (value < lower)               throw new IllegalArgumentException();          upper = value;      }  }

盡管講lower和upper聲明為volatile，但是setLower和setUpper并不是線程安全方法。假設(shè)初始狀態(tài)為(0,5)，同時(shí)調(diào)用setLower(4)和setUpper(3)，兩個(gè)線程交叉進(jìn)行，***結(jié)果可能是(4,3)，違反了約束條件。修改這個(gè)問(wèn)題的辦法就是將setLower和setUpper同步：

public class NumberRange {      private volatile int lower, upper;       public int getLower() { return lower; }      public int getUpper() { return upper; }       public synchronized void setLower(int value) {           if (value > upper)               throw new IllegalArgumentException();          lower = value;      }       public synchronized void setUpper(int value) {           if (value < lower)               throw new IllegalArgumentException();          upper = value;      }  }

上述就是小編為大家分享的Java中怎么實(shí)現(xiàn)多線程編程了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。