Ｊａｖａ中同步線程的實(shí)現(xiàn)

[摘要] 本文介紹了線程及其運(yùn)行機(jī)理，探討了Java線程的設(shè)計(jì)方法，并就Java線程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題即同步線程的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題提出了四種解決方案。

[關(guān)鍵詞] 線程 多線程 同步

一、線程相關(guān)概念

所謂“線程”(Thread)，是“進(jìn)程”中某個(gè)單一順序的控制流。而多線程是這樣一種機(jī)制，它允許在程序中并發(fā)執(zhí)行多個(gè)指令流，每個(gè)指令流都稱為一個(gè)線程，彼此間互相獨(dú)立。線程又稱為輕量級(jí)進(jìn)程，它和進(jìn)程一樣擁有獨(dú)立的執(zhí)行控制，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度，區(qū)別在于線程沒(méi)有獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，而是和所屬進(jìn)程中的其它線程共享一個(gè)存儲(chǔ)空間，這使得線程間的通信較進(jìn)程簡(jiǎn)單。

多個(gè)線程的執(zhí)行是并發(fā)的，也就是在邏輯上“同時(shí)”，而不管是否是物理上的“同時(shí)”。如果系統(tǒng)只有一個(gè)CPU，那么真正的“同時(shí)”是不可能的，但是由于CPU的速度非常快，用戶感覺(jué)不到其中的區(qū)別，因此我們也不用關(guān)心它，只需要設(shè)想各個(gè)線程是同時(shí)執(zhí)行即可。

多線程和傳統(tǒng)的單線程在程序設(shè)計(jì)上最大的區(qū)別在于，由于各個(gè)線程的控制流彼此獨(dú)立，使得各個(gè)線程之間的代碼是亂序執(zhí)行的，由此帶來(lái)的線程調(diào)度、同步等問(wèn)題，接下來(lái)我們就對(duì)Java中對(duì)線程設(shè)計(jì)與同步問(wèn)題進(jìn)行探討。

二、線程的設(shè)計(jì)方法

創(chuàng)建線程主要有兩種形式：一種是繼承自Thread類(lèi)。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)線程，必須創(chuàng)建一個(gè)從 Thread 類(lèi)導(dǎo)出的新類(lèi)。通過(guò)覆蓋 Thread的run()函數(shù)來(lái)完成有用的工作。但用戶通過(guò)調(diào)用Thread的start() 函數(shù)調(diào)用run()。

例:

public class Ctest extends Thread

{

public Ctest()

{…}

public static void main(String args[])

{Ctest t1=new Ctest();

t1.start();}

public void run()

{….}

}

另一種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口，此接口只有一個(gè)函數(shù)run()，它由實(shí)現(xiàn)此接口的類(lèi)實(shí)現(xiàn)。

例:

public class Ctest implements Runnable

{ Thread thread1;

public Ctest()

{ thread1=new Thread(this，\"1\");}

public static void main(String args[])

{Ctest t=new Ctest();

t.startThreads(); }

public void run()

{…}

public void startThreads()

{ thread1.start(); }

}

兩種創(chuàng)建方式差別不大，第一種因?yàn)槔^承自Thread，只創(chuàng)建了自身對(duì)象；第二種還得創(chuàng)建Thread對(duì)象。但是當(dāng)你想繼承某一其他類(lèi)時(shí)，只能用后一種方式。

三、同步線程實(shí)現(xiàn)

線程的創(chuàng)建雖然只有兩種形式，但是利用這兩種形式我們可以在同一進(jìn)程中設(shè)計(jì)多個(gè)線程；多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行，極大地提高的程序的運(yùn)行效率。但是許多線程在執(zhí)行中必須考慮與其他線程之間共享數(shù)據(jù)或協(xié)調(diào)執(zhí)行狀態(tài)，否則會(huì)出現(xiàn)沖突。

解決沖突的很好辦法就是在設(shè)計(jì)中引入同步機(jī)制。在Java中每個(gè)對(duì)象都有一把鎖與之對(duì)應(yīng)。但Java不提供單獨(dú)的lock和unlock操作。它由高層的結(jié)構(gòu)隱式實(shí)現(xiàn)，，保證操作的對(duì)應(yīng)。

synchronized語(yǔ)句計(jì)算一個(gè)對(duì)象引用，試圖對(duì)該對(duì)象完成鎖操作，并在完成鎖操作前停止處理。當(dāng)鎖操作完成synchronized語(yǔ)句體得到執(zhí)行；當(dāng)語(yǔ)句體執(zhí)行完畢(無(wú)論正常或異常)，解鎖操作自動(dòng)完成。作為面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，synchronized經(jīng)常與方法連用。一種比較好的辦法是，如果某個(gè)變量由一個(gè)線程賦值并由別的線程引用或賦值，那么所有對(duì)該變量的訪問(wèn)都必須在某個(gè)synchronized語(yǔ)句或方法內(nèi)，具體方法如下：

（1）方法聲明時(shí)使用，放在范圍操作符之后，返回類(lèi)型聲明之前。

這時(shí)線程獲得的是成員鎖，即一次只能有一個(gè)線程進(jìn)入該方法，其他線程要想在此時(shí)調(diào)用該方法，只能排隊(duì)等候，當(dāng)前線程執(zhí)行完該方法后，別的線程才能進(jìn)入。

例:public synchronized void synMethod()

（2）對(duì)某一代碼塊使用，synchronized后跟括號(hào)，括號(hào)里是變量，一次只有一個(gè)線程進(jìn)入該代碼塊。此時(shí)，線程獲得的是成員鎖。例:

public int synMethod(int a1)

{synchronized(a1)

}

(3)synchronized后面括號(hào)里是一對(duì)象，此時(shí)線程獲得的是對(duì)象鎖。

例:

public class MyThread implements Runnable

{public static void main(String args[])

{MyThread mt=new MyThread();

Thread t2=new Thread(mt， \"t2\");

t2.start();

}

public void run()

{synchronized (this)

{System.out.println(Thread.currentThread().getName());}

}}

對(duì)于（3），如果線程進(jìn)入，則得到當(dāng)前對(duì)象鎖，那么別的線程在該類(lèi)所有對(duì)象上的任何操作都不能進(jìn)行。

（4）synchronized后面括號(hào)里是類(lèi)，此時(shí)，線程獲得的是對(duì)象鎖，例:

class ArrayWithLockOrder{

private static long num_locks=0;

private long lock_order;

private int[] arr;

public ArrayWithLockOrder(int[] a)

{arr=a;

synchronized(ArrayWithLockOrder.class){

num_locks++;

lock_order=num_locks;

}

}

public long lockOrder()

{return lock_order;}

public int[] array()

{return arr;}

}

class SomeClass implements Runnable

{public int sumArrays(ArrayWithLockOrder a1，ArrayWithLockOrder a2)

{int value = 0;

ArrayWithLockOrder first = a1;

ArrayWithLockOrder last = a2;

int size=a1.array().length;

if (size==a2.array().length)

{

if (a1.lockOrder()>a2.lockOrder())

{first=a2;

last=a1;}

synchronized(first){

synchronized(last){

int[] arr1=a1.array();

int[] arr2=a2.array();

for(int i=0;i

value+=arr1[i]+arr2[i];

}}}

return value;

}

public void run()

{...}

}

對(duì)于（4），如果線程進(jìn)入，則線程在該類(lèi)中所有操作不能進(jìn)行，包括靜態(tài)變量和靜態(tài)方法。對(duì)于含有靜態(tài)方法和變量的代碼塊的同步，常用（4）來(lái)加鎖。

四、小結(jié)

多線程機(jī)制可以同時(shí)運(yùn)行好幾個(gè)程序塊，使程序運(yùn)行的效率變得更高，也可克服傳統(tǒng)程序語(yǔ)言無(wú)法設(shè)計(jì)的問(wèn)題，其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于同步線程的實(shí)現(xiàn)。除此之外，還需檢查所有可能Block的地方，盡可能多的使用sleep或yield( )以及wait( )，盡可能延長(zhǎng)sleep的時(shí)間，運(yùn)行的線程不用超過(guò)100個(gè)，使多線程真正服務(wù)于程序員。

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