Java編程那些事兒98——多線程問題及處理1收藏function StorePage(){d=document;t=d.selection?(d.selection.type!='None'?d.selection.createRange().text:''):(d.getSelection?d.getSelection():'');void(keyit=window.open('http://www.365key.com/storeit.aspx?t='+escape(d.title)+'&u='+escape(d.location.href)+'&c='+escape(t),'keyit','scrollbars=no,width=475,height=575,left=75,top=20,status=no,resizable=yes'));keyit.focus();}
Java編程那些事兒98——多線程問題及處理1
陳躍峯
12.4 多線程問題及處理
多線程編程爲程序開發帶來了很多的方便，但是也帶來了一些問題，這些問題是在程序開發過程中必須進行處理的問題。
這些問題的核心是，如果多個線程同時訪問一個資源，例如變量、文件等，時如何保證訪問安全的問題。在多線程編程中，這種會被多個線程同時訪問的資源叫做臨界資源。
下面通過一個簡單的示例，演示多個線程訪問臨界資源時產生的問題。在該示例中，啓動了兩個線程類DataThread的對象，該線程每隔200毫秒輸出一次變量n的值，並將n的值減少1。變量n的值存儲在模擬臨界資源的Data類中，該示例的核心是兩個線程類都使用同一個Data類的對象，這樣Data類的這個對象就是一個臨界資源了。示例代碼如下：
package syn1;
/**
* 模擬臨界資源的類
*/
public class Data {
public int n;
public Data(){
n = 60;
}
}
package syn1;
/**
* 測試多線程訪問時的問題
*/
public class TestMulThread1 {
public static void main(String[] args) {
Data data = new Data();
DataThread d1 = new DataThread(data,"線程1");
DataThread d2 = new DataThread(data,"線程2");
}
}
package syn1;
/**
* 訪問數據的線程
*/
public class DataThread extends Thread {
Data data;
String name;
public DataThread(Data data,String name){
this.data = data;
this.name = name;
start();
}
public void run(){
try{
for(int i = 0;i < 10;i++){
System.out.println(name + ":" + data.n);
data.n--;
Thread.sleep(200);
}
}catch(Exception e){}
}
}
在運行時，因爲不同情況下該程序的運行結果會出現不同，該程序的一種執行結果爲：
線程1:60
線程2:60
線程2:58
線程1:58
線程2:56
線程1:56
線程2:54
線程1:54
線程2:52
線程1:52
線程2:50
線程1:50
線程2:48
線程1:48
線程2:47
線程1:46
線程2:44
線程1:44
線程2:42
線程1:42
從執行結果來看，第一次都輸出60是可以理解的，因爲線程在執行時首先輸出變量的值，這個時候變量n的值還是初始值60，而後續的輸出就比較麻煩了，在開始的時候兩個變量保持一致的輸出，而不是依次輸出n的每個值的內容，而到將要結束時，線程2輸出47這個中間數值。
出現這種結果的原因很簡單：線程1改變了變量n的值以後，還沒有來得及輸出，這個變量n的值就被線程2給改變了，所以在輸出時看的輸出都是跳躍的，偶爾出現了連續。
出現這個問題也比較容易接受，因爲最基本的多線程程序，系統只保證線程同時執行，至於哪個先執行，哪個後執行，或者執行中會出現一個線程執行到一半，就把CPU的執行權交給了另外一個線程，這樣線程的執行順序是隨機的，不受控制的。所以會出現上面的結果。
這種結果在很多實際應用中是不能被接受的，例如銀行的應用，兩個人同時取一個賬戶的存款，一個使用存摺、一個使用卡，這樣訪問賬戶的金額就會出現問題。或者是售票系統中，如果也這樣就出現有人買到相同座位的票，而有些座位的票卻未售出。
在多線程編程中，這個是一個典型的臨界資源問題，解決這個問題最基本，最簡單的思路就是使用同步關鍵字synchronized。
synchronized關鍵字是一個修飾符，可以修飾方法或代碼塊，其的作用就是，對於同一個對象(不是一個類的不同對象)，當多個線程都同時調用該方法或代碼塊時，必須依次執行，也就是說，如果兩個或兩個以上的線程同時執行該段代碼時，如果一個線程已經開始執行該段代碼，則另外一個線程必須等待這個線程執行完這段代碼才能開始執行。就和在銀行的櫃檯辦理業務一樣，營業員就是這個對象，每個顧客就好比線程，當一個顧客開始辦理時，其它顧客都必須等待，及時這個正在辦理的顧客在辦理過程中接了一個電話 (類比於這個線程釋放了佔用CPU的時間，而處於阻塞狀態)，其它線程也只能等待。
使用synchronized關鍵字修改以後的上面的代碼爲：
package syn2;
/**
* 模擬臨界資源的類
*/
public class Data2 {
public int n;
public Data2(){
n = 60;
}
public synchronized void action(String name){
System.out.println(name + ":" + n);
n--;
}
}
package syn2;
/**
* 測試多線程訪問時的問題
*/
public class TestMulThread2 {
public static void main(String[] args) {
Data2 data = new Data2();
Data2Thread d1 = new Data2Thread(data,"線程1");
Data2Thread d2 = new Data2Thread(data,"線程2");
}
}
package syn2;
/**
* 訪問數據的線程
*/
public class Data2Thread extends Thread {
Data2 data;
String name;
public Data2Thread(Data2 data,String name){
this.data = data;
this.name = name;
start();
}
public void run(){
try{
for(int i = 0;i < 10;i++){
data.action(name);
Thread.sleep(200);
}
}catch(Exception e){}
}
}
該示例代碼的執行結果會出現不同，一種執行結果爲：
線程1:60
線程2:59
線程2:58
線程1:57
線程2:56
線程1:55
線程2:54
線程1:53
線程2:52
線程1:51
線程2:50
線程1:49
線程1:48
線程2:47
線程2:46
線程1:45
線程2:44
線程1:43
線程2:42
線程1:41
在該示例中，將打印變量n的代碼和變量n變化的代碼組成一個專門的方法action，並且使用修飾符synchronized修改該方法，也就是說對於一個Data2的對象，無論多少個線程同時調用action方法時，只有一個線程完全執行完該方法以後，別的線程才能夠執行該方法。這就相當於一個線程執行到該對象的synchronized方法時，就爲這個對象加上了一把鎖，鎖住了這個對象，別的線程在調用該方法時，發現了這把鎖以後就繼續等待下去了。
其實這只是一種簡單的方法，使用這種方法雖然解決了同時訪問的問題，但是卻使得線程的執行是無序的，從執行結果可以看出，線程的執行是交錯的。就好象在銀行辦理業務一樣，一大羣人圍在窗口，一個人在辦理時其他的人就處於等待，但是當這個人辦理完成以後其他的人那個先辦理就看誰能搶到了。那如果想讓線程有序執行，就是讓線程執行時依次執行，就像銀行中排隊辦理業務一樣，又該怎麼解決呢？這個就是線程的另外一種解決思路了，比較著名的例子是生產者-消費者模型，這裏就不再重複了，下面舉一個淺顯的例子來說明這個問題，並使用代碼實現該示例.