03.Java多线程并发库API使用2

1.多个线程之间共享数据的方式探讨

1、如果每个线程执行的代码相同，可以使用同一个Runnable对象，这个Runnable对象中有那个共享数据，例如，买票系统就可以这么做。

2、如果每个线程执行的代码不同，这时候需要用不同的Runnable对象，有如下两种方式来实现这些Runnable对象之间的数据共享：

• 将共享数据封装在另外一个对象中，然后将这个对象逐一传递给各个Runnable对象。每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成，这样容易实现针对该数据进行的各个操作的互斥和通信。
• 将这些Runnable对象作为某一个类中的内部类，共享数据作为这个外部类中的成员变量，每个线程对共享数据的操作方法也分配给外部类，以便实现对共享数据进行的各个操作的互斥和通信，作为内部类的各个Runnable对象调用外部类的这些方法。

上面两种方式的组合：将共享数据封装在另外一个对象中，每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成，对象作为这个外部类中的成员变量或方法中的局部变量，每个线程的Runnable对象作为外部类中的成员内部类或局部内部类。

总之，要同步互斥的几段代码最好是分别放在几个独立的方法中，这些方法再放在同一个类中，这样比较容易实现它们之间的同步互斥和通信。

极端且简单的方式，即在任意一个类中定义一个static的变量，这将被所有线程共享。

示例代码

package com.chunjiangchao.thread;
/**
 * 多线程之间数据共享
 * @author chunjiangchao
 *
 */
public class MultiThreadShareDataDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();
        new Thread(new IncrementRunnable(data)).start();
        new Thread(new DecrementtRunnable(data)).start();
        
        final Data data2 = new Data();
        new Thread(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                data2.increment();
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            
            @Override
            public void run() {
                data2.decrement();
            }
        }).start();
    }
    //对共享数据进行增加
    private static class IncrementRunnable implements Runnable{
        private Data data ;
        public IncrementRunnable(Data data){
            this.data = data;
        }
        public void run() {
            data.increment();
        }
    }
    //对共享数据进行减少
    private static class DecrementtRunnable implements Runnable{
        private Data data ;
        public DecrementtRunnable(Data data){
            this.data = data;
        }
        public void run() {
            data.decrement();
        }
    }
    
    
    //共享数据
    private static class Data{
        private int temp=0;
        public synchronized  void increment(){
            temp++;
            System.out.println(Thread.currentThread()+"中temp的值为："+temp);
        }
        public synchronized void decrement(){
            temp--;
            System.out.println(Thread.currentThread()+"中temp的值为："+temp);
        }
    } 

}

2.java5线程并发库的应用（Executors）

static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。（创建固定线程池）

如果在这个线程池里面，创建的线程为3个线程，但是交给的任务时10个任务的话，那么，线程池里面的线程就会运行完3个线程后，接着运行3个线程，直到所有的线程运行完毕。

 List<Runnable> shutdownNow()试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。

shutdown()启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务。

static ExecutorService newCachedThreadPool()：创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。（动态创建线程池，有多少任务，自动创建多少线程）

static ExecutorService  newSingleThreadExecutor():创建单个线程，如果线程死掉了，它会自动找个替补线程补上去。（如何实现线程死掉之后重新启动）？

static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：创建一个定时线程池

实例代码：

package com.chunjiangchao.thread;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 线程并发库，线程池的使用
 * @author chunjiangchao
 *
 */
public class ExecuterDemo {

    public static void main(String[] args) {
//        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);//开了固定的三个线程
//        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();//开了10个线程
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//开了一个固定的线程
        for(int i=0;i<10;i++){
            final int loop = i;
            threadPool.execute(new Runnable(){
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
//                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" outer "+loop);
                }
                
            });
        }
        /*
             shutdownNow执行的结果为：
             pool-1-thread-3 outer 
            pool-1-thread-1 outer 
            pool-1-thread-2 outer * */
//        threadPool.shutdownNow();
        /*shutdown会执行完所有已经提交的任务，不会处理shutdown后提交的任务，而且在后面提交Runnable的时候，
         * 会抛出异常java.util.concurrent.RejectedExecutionException*/
        threadPool.shutdown();
//        threadPool.execute(new Runnable(){
//
//            @Override
//            public void run() {
//                System.out.println("不会进行处理");
//            }
//            
//        });
        //实现定时器效果
        Executors.newSingleThreadScheduledExecutor().scheduleAtFixedRate(new Runnable(){

            @Override
            public void run() {
                System.out.println("执行定时器结果"+new Date().toLocaleString());
            }
            
        }, 2, 4, TimeUnit.SECONDS);//每隔4s玩一次
    }

}

3.Callable&Future

Future取得的结果类型和Callable返回的结果类型必须一致，这是通过泛型来实现的。

Callable要采用ExecutorSevice的submit方法提交，返回的future对象可以取消任务。

CompletionService用于提交一组Callable任务，其take方法返回已完成的一个Callable任务对应的Future对象。

take()   获取并移除表示下一个已完成任务的 Future，如果目前不存在这样的任务，则等待

示例代码

package com.chunjiangchao.thread;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorCompletionService;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 * Callable&Future的使用
 * @author chunjiangchao
 *
 */
public class CallableAndFutureDemo {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        //提交单一任务
        Future<String> submit = newSingleThreadExecutor.submit(new Callable<String>(){

            @Override
            public String call() throws Exception {
                printTime();
                mSleep(3000);
                printTime();
                return "我这有返回值，你看看是不是";
            }
            
        });
        mSleep(500);
        try {
            String string = submit.get();
            System.out.println(string);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
//        submit.cancel(true);//可以对任务进行取消
        //提交多个任务
        Executor executor = Executors.newCachedThreadPool(); 
        ExecutorCompletionService<String> completionService = new ExecutorCompletionService<>(executor);
        for(int i=0;i<10;i++){
            final int loop = i;
            completionService.submit(new Callable<String>(){

                @Override
                public String call() throws Exception {
                    mSleep(1000*loop);
                    return "提交多任务有返回结果"+loop;
                }
                
            });
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            try {
                Future<String> result = completionService.take();
                printTime();
                System.out.println(result.get());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        /*
         *     打印 结果如下
             2016-4-18 11:57:46
            2016-4-18 11:57:49
            我这有返回值，你看看是不是
            2016-4-18 11:57:49
            提交多任务有返回结果0
            2016-4-18 11:57:50
            提交多任务有返回结果1
            2016-4-18 11:57:51
            提交多任务有返回结果2
            2016-4-18 11:57:52
            提交多任务有返回结果3
            2016-4-18 11:57:53
            提交多任务有返回结果4
            2016-4-18 11:57:54
            提交多任务有返回结果5
            2016-4-18 11:57:55
            提交多任务有返回结果6
            2016-4-18 11:57:56
            提交多任务有返回结果7
            2016-4-18 11:57:57
            提交多任务有返回结果8
            2016-4-18 11:57:58
            提交多任务有返回结果9
         */
        
    }
    private static void mSleep(long time){
        try {
            Thread.sleep(time);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private static void printTime(){
        System.out.println(new Date().toLocaleString());
    }

}

4.java5的线程锁技术

Lock的使用

package com.chunjiangchao.thread;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * lock的使用
 */
public class LockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        final Outputer outputer = new Outputer();
        for(int index=0;index<10;index++){
            final int loop = index;
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
//                    outputer.print("chunjiangchao"+loop);
                    outputer.synPrint("chunjiangchao"+loop);
                }
            }).start();
            
        }
    }
    private static class Outputer{
        private Lock lock = new ReentrantLock();
        public void print(String name){
            int length = name.length();
            lock.lock();
            try {
                for(int i=0;i<length;i++){
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.print(name.charAt(i)+" ");
                }
                System.out.println();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                lock.unlock();
            }
            
        }
        /**
         * 同步代码块的作用，和上面添加Lock锁的作用相同，只不过锁的对象不一样而已
         * @param name
         */
        public synchronized void synPrint(String name){
            int length = name.length();
            try {
                for(int i=0;i<length;i++){
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.print(name.charAt(i)+" ");
                }
                System.out.println();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

5.java5读写锁技术的妙用（ReadWriteLock）

Lock比传统线程模型中的synchronized方式更加面向对象，与生活中的锁类似，锁本身也应该是一个对象。两个线程执行的代码片段要实现同步互斥的效果，它们必须用同一个Lock对象。Lock lock= new ReentrantLock( )

ReadWriteLock  rwl = new ReentrantReadWriteLock( )

读写锁：分为读锁和写锁，多个读锁不互斥，读锁与写锁互斥，这是由jvm自己控制的，你只要上好相应的锁即可。如果你的代码只读数据，可以很多人同时读，但不能同时写，那就上读锁；如果你的代码修改数据，只能有一个人在写，且不能同时读取，那就上写锁。总之，读的时候上读锁，写的时候上写锁！

示例代码（读锁与读锁并发，写锁与写锁并发，读锁与写锁互斥）

package com.chunjiangchao.thread;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * 使用读写锁 查看打印结果发现读锁与读锁之间并发，写锁与写锁间并发，读与写之间是互斥的
 * @author chunjaingchao
 *
 */
public class ReadWriteLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final Queue q3 = new Queue();
        for(int i=0;i<3;i++)
        {
            new Thread(){
                public void run(){
                    while(true){
                        q3.get();                        
                    }
                }
            }.start();
            new Thread(){
                public void run(){
                    while(true){
                        q3.put(new Random().nextInt(10000));
                    }
                }            
            }.start();
        }
    }
    static class Queue{
        private Integer integer = null;//共享数据，只能有一个线程能写该数据，但可以有多个线程同时读该数据。
            ReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
            public void get(){
                rwl.readLock().lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "*****读取******");
                    Thread.sleep(200);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "******读取*****" + integer);    
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally{
                    rwl.readLock().unlock();
                }
            }
            public void put(Integer data){
                rwl.writeLock().lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "######写数据#######");    
                    Thread.sleep(200);
                    this.integer = data;        
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "#######写数据#######" + data);    
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally{
                    rwl.writeLock().unlock();
                }
            }
        }
}

在线程操作某个方法，执行这个方法的时候。

自己挂写锁，然后自己挂读锁也是可以的（因为这是在当前线程同一个方法中的）。自己挂写锁，是为了防止其他人进入程序进行写的操作。但是，不应该进制自己进入。（在Hibernate中，锁分为读锁、写锁、更新锁）

在JDKAPI中有相关的实例代码如下

class CachedData {
   Object data;
   volatile boolean cacheValid;
   ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
   void processCachedData() {
     rwl.readLock().lock();//添加读锁
     if (!cacheValid) {
        // Must release read lock before acquiring write lock
        rwl.readLock().unlock();//如果没有数据，将读锁释放
        rwl.writeLock().lock();//添加写锁
        // Recheck state because another thread might have acquired
        //   write lock and changed state before we did.
        if (!cacheValid) {
          data = ...
          cacheValid = true;
        }
        // Downgrade by acquiring read lock before releasing write lock
        rwl.readLock().lock();//添加读锁
        rwl.writeLock().unlock(); // Unlock write, still hold read//释放写锁
     }
     use(data);
     rwl.readLock().unlock();//释放读锁
   }
 }

问题：设计缓存系统

缓存系统的概念：你要找数据不要直接去找数据库，可以直接找我。 我如果没有，查找数据库给你。与你直接查找是一样的。好处就是下一次你再来的时候，我就不用操作数据库了。我直接给你。

6.java5条件阻塞Condition的应用

在等待 Condition 时，允许发生“虚假唤醒”，这通常作为对基础平台语义的让步。对于大多数应用程序，这带来的实际影响很小，因为 Condition 应该总是在一个循环中被等待，并测试正被等待的状态声明。某个实现可以随意移除可能的虚假唤醒，但建议应用程序程序员总是假定这些虚假唤醒可能发生，因此总是在一个循环中等待。（记住：每次在等待的时候，都要将判断放在while循环中，防止伪唤醒出现）

一个锁内部可以有多个Condition，即有多路等待和通知，可以参看jdk1.5提供的Lock与Condition实现的可阻塞队列的应用案例，从中除了要体味算法，还要体味面向对象的封装。在传统的线程机制中一个监视器对象上只能有一路等待和通知，要想实现多路等待和通知，必须嵌套使用多个同步监视器对象。（如果只用一个Condition，两个放的都在等，一旦一个放的进去了，那么它通知可能会导致另一个放接着往下走。）

问题：此处为什么要创建两个Condition对象？只创建一个不就行了？

答：如果本道程序只有两个线程的话，只创建一个Condition对象就行了。如果是超过4个线程。例如两个存放线程、两个读取线程。如果你只创建一个Condition对象，在signal的时候，会唤醒所有都处在等待状态的线程。而不是针对某一种类型的线程。（没有针对性）

在API文档中有如下实例代码

class BoundedBuffer {
   final Lock lock = new ReentrantLock();
   final Condition notFull  = lock.newCondition(); 
   final Condition notEmpty = lock.newCondition(); 
   final Object[] items = new Object[100];
   int putptr, takeptr, count;
   public void put(Object x) throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == items.length) 
         notFull.await();
       items[putptr] = x; 
       if (++putptr == items.length) putptr = 0;
       ++count;
       notEmpty.signal();
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }
   public Object take() throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == 0) 
         notEmpty.await();
       Object x = items[takeptr]; 
       if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
       --count;
       notFull.signal();
       return x;
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   } 
 }

利用BoundedBuffer写一个简单是生产者消费者模式

public class BoundedBufferDemo {

    public static void main(String[] args) {
        final BoundedBuffer boundedBuffer = new BoundedBuffer();
        new Thread(new Runnable(){

            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                        int nextInt = new Random().nextInt();
                        System.out.println(new Date().toLocaleString()+"存放数据"+nextInt);
                        boundedBuffer.put(nextInt);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            
        }).start();
        new Thread(new Runnable(){
            
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    try {
                        Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                        System.out.println(new Date().toLocaleString()+"获取数据"+boundedBuffer.take());
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            
        }).start();
    }
}

问题：子线程循环10次，接着主线程循环100，接着又回到子线程循环10次，接着再回到主线程又循环100，如此循环50次，请写出程序。

package com.chunjiangchao.thread;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 类似于生产者消费者
 * 子线程循环10次，接着主线程循环100，接着又回到子线程循环10次，接着再回到主线程又循环100，如此循环50次，请写出程序。
 * @author chunjiangchao
 */
public class ConditionDemo {

    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0;i<10;i++){
                    business.sub(i);
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0;i<10;i++){
                    business.main(i);
                }
            }
        }).start();
    }
    private static class Business{
        private Lock lock = new ReentrantLock();
        private Condition condition = lock.newCondition();
        private boolean bShouldSub = true;
        public void main(int loop){
            lock.lock();
            while(bShouldSub){
                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for(int i=0;i<100;i++){
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(loop+"……main……"+i);
            }
            bShouldSub = true;
            condition.signal();
            lock.unlock();//应该写在finally代码块里面
        }
        public void sub(int loop){
            lock.lock();
            while(!bShouldSub){
                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for(int i=0;i<10;i++){
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(loop+"……sub……"+i);
            }
            bShouldSub = false;
            condition.signal();
            lock.unlock();//应该写在finally代码块里
        }
        
    }
}

问题：怎样实现3个线程的交互通信？

package com.chunjiangchao.thread;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 多线程之间的通信
 * 三个线程交互执行 A-B-C-A-B-C
 * @author chunjiangchao
 *
 */
public class ThreeConditionDemo {

    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0;i<10;i++){
                    business.one(i);
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0;i<10;i++){
                    business.two(i);
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0;i<10;i++){
                    business.three(i);
                }
            }
        }).start();
    }
    private static class Business{
        private Lock lock = new ReentrantLock();
        private Condition condition1 = lock.newCondition();
        private Condition condition2 = lock.newCondition();
        private Condition condition3 = lock.newCondition();
        private int whichOne = 1;
        public void one(int loop){
            try {
                lock.lock();
                while(whichOne!=1){
                    condition1.await();
                }
                for(int i=0;i<10;i++){
                    Thread.sleep(10);
                    System.out.println("one "+loop+" 当前执行 "+i);
                }
                whichOne = 2;
                condition2.signal();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                lock.unlock();
            }
        }
        public void two(int loop){
            try {
                lock.lock();
                while(whichOne!=2){
                    condition2.await();
                }
                for(int i=0;i<10;i++){
                    Thread.sleep(10);
                    System.out.println("two "+loop+" 当前执行 "+i);
                }
                whichOne = 3;
                condition3.signal();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                lock.unlock();
            }
        }
        public void three(int loop){
            try {
                lock.lock();
                while(whichOne!=3){
                    condition3.await();
                }
                for(int i=0;i<10;i++){
                    Thread.sleep(10);
                    System.out.println("three "+loop+" 当前执行 "+i);
                }
                whichOne = 1;
                condition1.signal();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                lock.unlock();
            }
        }
    }

}

未完待续……