Java：并發(fā)不易，先學(xué)會用

我從事Java編程已經(jīng)11年了，絕對是個老兵；但對于Java并發(fā)編程，我只能算是個新兵蛋子。我說這話估計要遭到某些高手的冷嘲熱諷，但我并不感到害怕。

因為我知道，每年都會有很多很多的新人要加入Java編程的大軍，他們對“并發(fā)”編程中遇到的問題也會有感到無助的時候。而我，非常樂意與他們一道，對使用Java線程進(jìn)行并發(fā)程序開發(fā)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行新一輪的學(xué)習(xí)。

本篇我們來談?wù)?Java 并發(fā)編程：并發(fā)編程并不容易掌握，但很有必要掌握。

01、我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)并發(fā)？

我的腦袋沒有被如來佛祖開過光，所以喜歡一件事接著一件事的想，做不到“一腦兩用”。但有些大佬就不一樣，比如說諸葛亮，就能夠一邊想著琴譜一邊談著彈著琴，還能夾帶著盤算出司馬懿退兵后的打算。

諸葛大佬就有著超強的“并發(fā)”能力啊。換做是我，面對司馬懿的千萬大軍，不僅彈不了琴，弄不好還被嚇得屁滾尿流。

每個人都只有一個腦子，就像電腦只有一個CPU一樣。但一個腦子并不意味著不能“一腦兩用”，關(guān)鍵就在于腦子有沒有“并發(fā)”的能力。

腦子要是有了并發(fā)能力，那真的是厲害到飛起啊，想想司馬懿被氣定神閑的諸葛大佬嚇跑的樣子就知道了。

對于程序來說，如果具有并發(fā)的能力，效率就能夠大幅度地提升。你一定注冊過不少網(wǎng)站，收到過不少驗證碼，如果網(wǎng)站的服務(wù)器端在發(fā)送驗證碼的時候，沒有專門起一個線程來處理（并發(fā)），假如網(wǎng)絡(luò)不好發(fā)生阻塞的話，那服務(wù)器端豈不是要從天亮等到天黑才知道你有沒有收到驗證碼？如果就你一個用戶也就算了，但假如有一百個用戶呢？這一百個用戶難道也要在那傻傻地等著，那真要等到花都謝了。

可想而知，并發(fā)編程是多么的重要！況且，懂不懂Java虛擬機和會不會并發(fā)編程，幾乎是判定一個Java開發(fā)人員是不是高手的不三法則。所以要想掙得多，還得會并發(fā)啊！

02、并發(fā)第一步，創(chuàng)建一個線程

通常，啟動一個程序，就相當(dāng)于起了一個進(jìn)程。每個電腦都會運行很多程序，所以你會在進(jìn)程管理器中看到很多進(jìn)程。你會說，這不廢話嗎？

不不不，在我剛學(xué)習(xí)編程的很長一段時間內(nèi)，我都想當(dāng)然地以為這些進(jìn)程就是線程；但后來我知道不是那么回事兒。一個進(jìn)程里，可能會有很多線程在運行，也可能只有一個。

main函數(shù)其實就是一個主線程。我們可以在這個主線程當(dāng)中創(chuàng)建很多其他的線程。來看下面這段代碼。

public class Wanger {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread t = new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("我叫" + Thread.currentThread().getName() + "，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格");
                }
            });
            t.start();
        }
    }
}

創(chuàng)建線程最常用的方式就是聲明一個實現(xiàn)了Runnable接口的匿名內(nèi)部類；然后將它作為創(chuàng)建Thread對象的參數(shù)；再然后調(diào)用Thread對象的start()方法進(jìn)行啟動。運行的結(jié)果如下。

我叫Thread-1，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-3，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-2，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-0，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-5，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-4，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-6，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-7，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-8，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫Thread-9，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格

從運行的結(jié)果中可以看得出來，線程的執(zhí)行順序不是從0到9的，而是有一定的隨機性。這是因為Java的并發(fā)是搶占式的，線程0雖然創(chuàng)建得最早，但它的“爭寵”能力卻一般，上位得比較艱辛。

03、并發(fā)第二步，創(chuàng)建線程池

java.util.concurrent.Executors類提供了一系列工廠方法用于創(chuàng)建線程池，可把多個線程放在一起進(jìn)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() {

                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("我叫" + Thread.currentThread().getName() + "，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格");
                }
            };
            executorService.execute(r);
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

運行的結(jié)果如下。

我叫pool-1-thread-2，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-4，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-5，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-3，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-4，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-1，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-7，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-6，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-5，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格
我叫pool-1-thread-6，我超喜歡沉默王二的寫作風(fēng)格

Executors的newCachedThreadPool()方法用于創(chuàng)建一個可緩存的線程池，調(diào)用該線程池的方法execute()可以重用以前的線程，只要該線程可用；比如說，pool-1-thread-4、pool-1-thread-5和pool-1-thread-6就得到了重用的機會。我能想到的最佳形象代言人就是女皇武則天。

如果沒有可用的線程，就會創(chuàng)建一個新線程并添加到池中。當(dāng)然了，那些60秒內(nèi)還沒有被使用的線程也會從緩存中移除。

另外，Executors的newFiexedThreadPool(int num)方法用于創(chuàng)建固定數(shù)目線程的線程池；newSingleThreadExecutor()方法用于創(chuàng)建單線程化的線程池（你能想到它應(yīng)該使用的場合嗎？）。

但是，故事要轉(zhuǎn)折了。阿里巴巴的Java開發(fā)手冊（可在「沉×××鍵字「Java」獲取）中明確地指出，不允許使用Executors來創(chuàng)建線程池。

不能使用Executors創(chuàng)建線程池，那么該怎么創(chuàng)建線程池呢？

直接調(diào)用ThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建線程池唄。其實Executors就是這么做的，只不過沒有對BlockQueue指定容量。我們需要做的就是在創(chuàng)建的時候指定容量。代碼示例如下。

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

04、并發(fā)第三步，解決共享資源競爭的問題

有一次，我陪家人在商場里面逛街，出電梯的時候有一個傻叉非要搶著進(jìn)電梯。女兒的小推車就壓到了那傻叉的腳上，他竟然不依不饒地指著我的鼻子叫囂。我直接一拳就打在他的鼻子上，隨后我們就糾纏在了一起。

這件事情說明了什么問題呢？第一，遇到不講文明不知道“先出后進(jìn)”（LIFO）規(guī)則的傻叉真的很麻煩；第二，競爭共享資源的時候，弄不好要拳腳相向。

在Java中，解決共享資源競爭問題的首個解決方案就是使用關(guān)鍵字synchronized。當(dāng)線程執(zhí)行被synchronized保護(hù)的代碼片段的時候，會對這段代碼進(jìn)行上鎖，其他調(diào)用這段代碼的線程會被阻塞，直到鎖被釋放。

下面這段代碼使用ThreadPoolExecutor創(chuàng)建了一個線程池，池里面的每個線程會對共享資源count進(jìn)行+1操作?，F(xiàn)在，閉上眼想一想，當(dāng)1000個線程執(zhí)行結(jié)束后，count的值會是多少呢？

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<Runnable>(10));

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            Runnable r = new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    Wanger.addCount();
                }
            };
            executorService.execute(r);
        }
        executorService.shutdown();
        System.out.println(Wanger.count);
    }
}

事實上，共享資源count的值很有可能是996、998，但很少會是1000。為什么呢？

因為一個線程正在寫這個變量的時候，另外一個線程可能正在讀這個變量，或者正在寫這個變量。這個變量就變成了一個“不確定狀態(tài)”的數(shù)據(jù)。這個變量必須被保護(hù)起來。

通常的做法就是在改變這個變量的addCount()方法上加上synchronized關(guān)鍵字——保證線程在訪問這個變量的時候有序地進(jìn)行排隊。

示例如下：

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

還有另外的一種常用方法——讀寫鎖。分為讀鎖和寫鎖，多個讀鎖不互斥，讀鎖與寫鎖互斥，由Java虛擬機控制。如果代碼允許很多線程同時讀，但不能同時寫，就上讀鎖；如果代碼不允許同時讀，并且只能有一個線程在寫，就上寫鎖。

讀寫鎖的接口是ReadWriteLock，具體實現(xiàn)類是 ReentrantReadWriteLock。synchronized屬于互斥鎖，任何時候只允許一個線程的讀寫操作，其他線程必須等待；而ReadWriteLock允許多個線程獲得讀鎖，但只允許一個線程獲得寫鎖，效率相對較高一些。

我們先使用枚舉創(chuàng)建一個讀寫鎖的單例。代碼如下：

public enum Locker {

    INSTANCE;

    private static final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public Lock writeLock() {
        return lock.writeLock();
    }

}

再在addCount()方法中對count++;上鎖。示例如下。

public static void addCount() {
    // 上鎖
    Lock writeLock = Locker.INSTANCE.writeLock();
    writeLock.lock();
    count++;
    // 釋放鎖
    writeLock.unlock();
}

使用讀寫鎖的時候，切記最后要釋放鎖。

05、最后

并發(fā)編程難學(xué)嗎？說實話，真的不太容易。來看一下王寶令老師總結(jié)的思維導(dǎo)圖就能知道。

但你也知道，“冰凍三尺非一日之寒”，學(xué)習(xí)是一件循序漸進(jìn)的事情。只要你學(xué)會了怎么創(chuàng)建一個線程，學(xué)會了怎么創(chuàng)建線程池，學(xué)會了怎么解決共享資源競爭的問題，你已經(jīng)在并發(fā)編程的領(lǐng)域里邁出去了一大步。

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