发布时间 : 星期三 文章Java多线程详解更新完毕开始阅读baac13ca9e3143323868931c
228 Java面向对象程序设计 当foo()方法被调用时(如，使用X.foo())，调用线程必须获得X类的类锁。 9.5.3 线程间的同步控制
在多线程的程序中，除了要防止资源冲突外，有时还要保证线程的同步。下面通过生产者-消费者模型来说明线程的同步与资源共享的问题。
假设有一个生产者(Producer)，一个消费者(Consumer)。生产者产生0~9的整数，将它们存储在仓库(CubbyHole)的对象中并打印出这些数来；消费者从仓库中取出这些整数并将其也打印出来。同时要求生产者产生一个数字，消费者取得一个数字，这就涉及到两个线程的同步问题。
这个问题就可以通过两个线程实现生产者和消费者，它们共享CubbyHole一个对象。如果不加控制就得不到预期的结果。
1. 不同步的设计
首先我们设计用于存储数据的类，该类的定义如下： 程序9.8 CubbyHole.java class CubbyHole{ private int content ;
public synchronized void put(int value){ content = value; }
public synchronized int get(){
return content ; } }
_____________________________________________________________________________▃ CubbyHole类使用一个私有成员变量content用来存放整数，put()方法和get()方法用来设置变量content的值。CubbyHole对象为共享资源，所以用synchronized关键字修饰。当put()方法或get()方法被调用时，线程即获得了对象锁，从而可以避免资源冲突。
这样当Producer对象调用put()方法是，它锁定了该对象，Consumer对象就不能调用get()方法。当put()方法返回时，Producer对象释放了CubbyHole的锁。类似地，当Consumer对象调用CubbyHole的get()方法时，它也锁定该对象，防止Producer对象调用put()方法。
接下来我们看Producer和Consumer的定义，这两个类的定义如下： 程序9.9 Producer.java
public class Producer extends Thread { private CubbyHole cubbyhole; private int number;
public Producer(CubbyHole c, int number) { cubbyhole = c;
this.number = number; }
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) { cubbyhole.put(i);
System.out.println(\ try {
sleep((int)(Math.random() * 100)); } catch (InterruptedException e) { } } } }
229 _____________________________________________________________________________▃ Producer类中定义了一个CubbyHole类型的成员变量cubbyhole，它用来存储产生的整数，另一个成员变量number用来记录线程号。这两个变量通过构造方法传递得到。在该类的run()方法中，通过一个循环产生10个整数，每次产生一个整数，调用cubbyhole对象的put()方法将其存入该对象中，同时输出该数。
下面是Consumer类的定义： 程序9.10 Consumer.java
public class Consumer extends Thread { private CubbyHole cubbyhole; private int number;
public Consumer(CubbyHole c, int number) { cubbyhole = c;
this.number = number; }
public void run() { int value = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) { value = cubbyhole.get();
System.out.println(\ } } }
_____________________________________________________________________________▃ 在Consumer类的run()方法中也是一个循环，每次调用cubbyhole的get()方法返回当前存储的整数，然后输出。
下面是主程序，在该程序的main()方法中创建一个CubbyHole对象c，一个Producer对象p1，一个Consumer对象c1，然后启动两个线程。
程序9.11 ProducerConsumerTest.java public class ProducerConsumerTest {
public static void main(String[] args) { CubbyHole c = new CubbyHole(); Producer p1 = new Producer(c, 1); Consumer c1 = new Consumer(c, 1); p1.start(); c1.start(); } }
_____________________________________________________________________________▃ 该程序中对CubbyHole类的设计，尽管使用了synchronized关键字实现了对象锁，但这还不够。程序运行可能出现下面两种情况：
如果生产者的速度比消费者快，那么在消费者来不及取前一个数据之前，生产者又产生了新的数据，于是消费者很可能会跳过前一个数据，这样就会产生下面的结果：
Consumer: 3 Producer: 4 Producer: 5 Consumer: 5 …
反之，如果消费者比生产者快，消费者可能两次取同一个数据，可能产生下面的结果： Producer: 4 Consumer: 4
230 Java面向对象程序设计 Consumer: 4 Producer: 5 …
2. 监视器模型
为了避免上述情况发生，就必须使生产者线程向CubbyHole对象中存储数据与消费者线程从CubbyHole对象中取得数据同步起来。为了达到这一目的，在程序中可以采用监视器(monitor)模型，同时通过调用对象的wait()方法和notify()方法实现同步。
下面是修改后的CubbyHole类的定义： 程序9.12 CubbyHole.java class CubbyHole{ private int content ;
private boolean available=false;
public synchronized void put(int value){ while(available==true){ try{
wait();
}catch(InterruptedException e){} }
content =value; available=true; notifyAll(); }
public synchronized int get(){ while(available==false){ try{
wait();
}catch(InterruptedException e){} }
available=false; notifyAll(); return content; } }
_____________________________________________________________________________▃ 这里有一个boolean型的私有成员变量available用来指示内容是否可取。当available为true时表示数据已经产生还没被取走，当available为false时表示数据已被取走还没有存放新的数据。
当生产者线程进入put()方法时，首先检查available的值，若其为false，才可执行put()方法，若其为true，说明数据还没有被取走，该线程必须等待。因此在put()方法中调用CubbyHole对象的wait()方法等待。调用对象的wait()方法使线程进入等待状态，同时释放对象锁。直到另一个线程对象调用了notify()或notifyAll()方法，该线程才可恢复运行。
类似地，当消费者线程进入get()方法时，也是先检查available的值，若其为true，才可执行get()方法，若其为false，说明还没有数据，该线程必须等待。因此在get()方法中调用CubbyHole对象的wait()方法等待。调用对象的wait()方法使线程进入等待状态，同时释放对象锁。
上述过程就是监视器模型，其中CubbyHole对象为监视器。通过监视器模型可以保证生产者线程和消费者线程同步，结果正确。
程序的运行结果如下：
231 特别注意：wait()、notify()和notifyAll()方法是Object类定义的方法，并且这些方法只能用在synchronized代码段中。它们的定义格式如下：
? public final void wait()
? public final void wait(long timeout)
? public final void wait(long timeout, int nanos) 当前线程必须具有对象监视器的锁，当调用该方法时线程释放监视器的锁。调用这些方法使当前线程进入等待(阻塞)状态，直到另一个线程调用了该对象的notify()方法或notifyAll()方法，该线程重新进入运行状态，恢复执行。
timeout和nanos为等待的时间的毫秒和纳秒，当时间到或其他对象调用了该对象的notify()方法或notifyAll()方法，该线程重新进入运行状态，恢复执行。
wait()的声明抛出了InterruptedException，因此程序中必须捕获或声明抛出该异常。 ? public final void notify() ? public final void notifyAll() 唤醒处于等待该对象锁的一个或所有的线程继续执行，通常使用notifyAll()方法。
在生产者/消费者的例子中，CubbyHole类的put和get方法就是临界区。当生产者修改它时，消费者不能问CubbyHole对象；当消费者取得值时，生产者也不能修改它。
9.6 线程组
所有Java线程都属于某个线程组(thread group)。线程组提供了一个将多个线程组织成一个线程组对象来管理的机制，如可以通过一个方法调用来启动线程组中的所有线程。 9.6.1 创建线程组
线程组是由java.lang包中的ThreadGroup类实现的。它的构造方法如下： ? public ThreadGroup(String name)
? public ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name)
name为线程组名，parent为线程组的父线程组，若无该参数则新建线程组的父线程组为当前运行的线程的线程组。
当一个线程被创建时，运行时系统都将其放入一个线程组。创建线程时可以明确指定新建线程属于哪个线程组，若没有明确指定则放入缺省线程组中。一旦线程被指定属于哪个线程组，便不能改变，不能删除。 9.6.2 缺省线程组
如果在创建线程时没有在构造方法中指定所属线程组，运行时系统会自动将该线程放入创建该线程的线程所属的线程组中。那么当我们创建线程时没有指定线程组，它属于哪个线程组呢?
当Java应用程序启动时，Java运行时系统创建一个名main的ThreadGroup对象。除非另外指定，否则所有新建线程都属于main线程组的成员。
在一个线程组内可以创建多个线程，也可以创建其它的线程组。一个程序中的线程组和线程构成一个树型结构，如图9.6所示：
main