Java多執行緒操作區域性變數與全域性變數
在這篇文章裡,我們首先闡述什麼是同步,不同步有什麼問題,然後討論可以採取哪些措施控制同步,接下來我們會仿照回顧網路通訊時那樣,構建一個伺服器端的“執行緒池”,JDK為我們提供了一個很大的concurrent工具包,最後我們會對裡面的內容進行探索。
為什麼要執行緒同步?
說到執行緒同步,大部分情況下, 我們是在針對“單物件多執行緒”的情況進行討論,一般會將其分成兩部分,一部分是關於“共享變數”,一部分關於“執行步驟”。
共享變數
當我們線上程物件(Runnable)中定義了全域性變數,run方法會修改該變數時,如果有多個執行緒同時使用該執行緒物件,那麼就會造成全域性變數的值被同時修改,造成錯誤。我們來看下面的程式碼:
1 class MyRunner implements Runnable 2 { 3 public int sum = 0; 4 5 public void run() 6 { 7 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start."); 8 for (int i = 1; i <= 100; i++) 9 { 10 sum += i; 11 } 12 try{ 13 Thread.sleep(500); 14 } catch (InterruptedException e) { 15 e.printStackTrace(); 16 } 17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum); 18 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");19 } 20 } 21 22 23 private static void sharedVaribleTest() throws InterruptedException 24 { 25 MyRunner runner = new MyRunner(); 26 Thread thread1 = new Thread(runner); 27 Thread thread2 = new Thread(runner); 28 thread1.setDaemon(true); 29 thread2.setDaemon(true); 30 thread1.start(); 31 thread2.start(); 32 thread1.join(); 33 thread2.join(); 34 }
這個示例中,執行緒用來計算1到100的和是多少,我們知道正確結果是5050(好像是高斯小時候玩過這個?),但是上述程式返回的結果是10100,原因是兩個執行緒同時對sum進行操作。
執行步驟
我們在多個執行緒執行時,可能需要某些操作合在一起作為“原子操作”,即在這些操作可以看做是“單執行緒”的,例如我們可能希望輸出結果的樣子是這樣的:
1 執行緒1:步驟1 2 執行緒1:步驟2 3 執行緒1:步驟3 4 執行緒2:步驟1 5 執行緒2:步驟2 6 執行緒2:步驟3
如果同步控制不好,出來的樣子可能是這樣的:
執行緒1:步驟1
執行緒2:步驟1
執行緒1:步驟2
執行緒2:步驟2
執行緒1:步驟3
執行緒2:步驟3
這裡我們也給出一個示例程式碼:
1 class MyNonSyncRunner implements Runnable 2 { 3 public void run() { 4 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start."); 5 for(int i = 1; i <= 5; i++) 6 { 7 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i); 8 try 9 { 10 Thread.sleep(50); 11 } 12 catch(InterruptedException ex) 13 { 14 ex.printStackTrace(); 15 } 16 } 17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End."); 18 } 19 } 20 21 22 private static void syncTest() throws InterruptedException 23 { 24 MyNonSyncRunner runner = new MyNonSyncRunner(); 25 Thread thread1 = new Thread(runner); 26 Thread thread2 = new Thread(runner); 27 thread1.setDaemon(true); 28 thread2.setDaemon(true); 29 thread1.start(); 30 thread2.start(); 31 thread1.join(); 32 thread2.join(); 33 }
如何控制執行緒同步
既然執行緒同步有上述問題,那麼我們應該如何去解決呢?針對不同原因造成的同步問題,我們可以採取不同的策略。
控制共享變數
我們可以採取3種方式來控制共享變數。
將“單物件多執行緒”修改成“多物件多執行緒”
上文提及,同步問題一般發生在“單物件多執行緒”的場景中,那麼最簡單的處理方式就是將執行模型修改成“多物件多執行緒”的樣子,針對上面示例中的同步問題,修改後的程式碼如下:
1 private static void sharedVaribleTest2() throws InterruptedException 2 { 3 Thread thread1 = new Thread(new MyRunner()); 4 Thread thread2 = new Thread(new MyRunner()); 5 thread1.setDaemon(true); 6 thread2.setDaemon(true); 7 thread1.start(); 8 thread2.start(); 9 thread1.join(); 10 thread2.join(); 11 }
我們可以看到,上述程式碼中兩個執行緒使用了兩個不同的Runnable例項,它們在執行過程中,就不會去訪問同一個全域性變數。
將“全域性變數”降級為“區域性變數”
既然是共享變數造成的問題,那麼我們可以將共享變數改為“不共享”,即將其修改為區域性變數。這樣也可以解決問題,同樣針對上面的示例,這種解決方式的程式碼如下:
1 class MyRunner2 implements Runnable 2 { 3 public void run() 4 { 5 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start."); 6 int sum = 0; 7 for (int i = 1; i <= 100; i++) 8 { 9 sum += i; 10 } 11 try { 12 Thread.sleep(500); 13 } catch (InterruptedException e) { 14 e.printStackTrace(); 15 } 16 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum); 17 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End."); 18 } 19 } 20 21 22 private static void sharedVaribleTest3() throws InterruptedException 23 { 24 MyRunner2 runner = new MyRunner2(); 25 Thread thread1 = new Thread(runner); 26 Thread thread2 = new Thread(runner); 27 thread1.setDaemon(true); 28 thread2.setDaemon(true); 29 thread1.start(); 30 thread2.start(); 31 thread1.join(); 32 thread2.join(); 33 }
我們可以看出,sum變數已經由全域性變數變為run方法內部的區域性變量了。
使用ThreadLocal機制
ThreadLocal是JDK引入的一種機制,它用於解決執行緒間共享變數,使用ThreadLocal宣告的變數,即使線上程中屬於全域性變數,針對每個執行緒來講,這個變數也是獨立的。
我們可以用這種方式來改造上面的程式碼,如下所示:
1 class MyRunner3 implements Runnable 2 { 3 public ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<Integer>(); 4 5 public void run() 6 { 7 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start."); 8 for (int i = 0; i <= 100; i++) 9 { 10 if (tl.get() == null) 11 { 12 tl.set(new Integer(0)); 13 } 14 int sum = ((Integer)tl.get()).intValue(); 15 sum+= i; 16 tl.set(new Integer(sum)); 17 try { 18 Thread.sleep(10); 19 } catch (InterruptedException e) { 20 e.printStackTrace(); 21 } 22 } 23 24 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + ((Integer)tl.get()).intValue()); 25 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End."); 26 } 27 } 28 29 30 private static void sharedVaribleTest4() throws InterruptedException 31 { 32 MyRunner3 runner = new MyRunner3(); 33 Thread thread1 = new Thread(runner); 34 Thread thread2 = new Thread(runner); 35 thread1.setDaemon(true); 36 thread2.setDaemon(true); 37 thread1.start(); 38 thread2.start(); 39 thread1.join(); 40 thread2.join(); 41 }
綜上三種方案,第一種方案會降低多執行緒執行的效率,因此,我們推薦使用第二種或者第三種方案。
控制執行步驟
說到執行步驟,我們可以使用synchronized關鍵字來解決它。
1 class MySyncRunner implements Runnable 2 { 3 public void run() { 4 synchronized(this) 5 { 6 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start."); 7 for(int i = 1; i <= 5; i++) 8 { 9 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i); 10 try 11 { 12 Thread.sleep(50); 13 } 14 catch(InterruptedException ex) 15 { 16 ex.printStackTrace(); 17 }相關推薦
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