Java笔记（十四） 并发基础知识

并发基础知识

一、线程的基本概念

线程表示一条单独的执行流，它有自己的程序计数器，有自己的栈。

1.创建线程

1）继承Thread

Java中java.lang.Thread这个类表示线程，一个类可以继承Thread并重写run方法来实现一个线程：

public class MyThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("thread name: " + Thread.currentThread().getName() +
                " thread id: " + Thread.currentThread().getId());
        System.out.println("Running my thread!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        //启动线程
        thread.start();
        /*thread name: Thread-0 thread id: 11
        Running my thread!*/
    }
}

2）实现Runnable接口

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Main thread name : "
                + Thread.currentThread().getName()); //Main thread name : main
        Thread thread = new Thread(new MyRunnable()); //thread name:Thread-0
        thread.start();
    }
}

2.线程的基本属性和方法

1）id和name

id: 一个递增整数，每创建一个线程就加一

name:默认值是Thread-后跟一个编号，name可以在Thread的构造方法中指定，可以通过setName方法进行设置。

2）优先级

优先级从1到10，默认为5，相关方法：

public final void setPriority(int newPriority)
public final int getPriority()

在编程中不要过分依赖优先级。

3）状态

线程有一个状态概念，Thread获取状态方法：

public State getState()

返回值类型为Thread.State,它是一个枚举值：

public enum State {
NEW, //线程还没调用start
//调用start后线程在执行run方法且没有阻塞时状态为RUNNABLE,
//不过，这并不代表CPU一定在执行该线程的代码，可能正在执行也可能在
//等待操作系统分配时间片，只是它在等待其他条件。
RUNNABLE,
BLOCKED,
WAITING,
TIMED_WAITING,
TERMINATED; //线程已经结束运行
}

Thread还有一个方法，返回线程是否alive:

//线程被启动后，run方法运行结束前，返回值都是true
public final native boolean isAlive()

4.是否是daemon线程 

一般情况下整个程序只有在所有的线程都结束后，线程才会退出。

而daemon线程不一样，它是守护线程，当它辅助的主线程结束时，它也会结束。

public final void setDaemon(boolean on)
public final boolean isDaemon()

5.sleep方法

Thread有一个静态方法，调用该方法会让当前线程睡眠指定时间，单位是毫秒。

public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

在睡眠期间，该线程会让出CPU，但睡眠时间不是确切的给定毫秒数，可能有一定偏差。

睡眠期间，线程可以被中断，如果被中断，sleep会抛异常。

6.yield方法 

public static native void yield();

调用该方法意思是：我现在不急着占用CPU，你可以先让其他线程运行。

不过这对系统调度器也仅仅是建议，调度器如何处理不一定，它可能忽略该调用。

7.join方法 

在前面的MyThread例子中，MyThread可能没执行完，main线程就可能执行完了。

Thread有一个join方法，可以让调用join的线程等待该线程的结束。

public final void join() throws InterruptedException

//限定等待的最长时间
public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException

MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
//让main线程在子线程调用结束后再退出，相当于阻塞了main线程
thread.join();

3.共享内存及可能出现的问题

虽然每个线程表示一条单独的执行流，有自己的程序计数器和栈，

但线程之间可以共享内存，它们可以访问和操作相同的对象。

public class ShareMemoryDemo {
    private static int shared = 0;
    private static void incrShared() {
        shared ++;
    }
    static class ChildThread extends Thread {
        List<String> list;
        public ChildThread(List<String> list) {
            this.list = list;
        }
        @Override
        public void run() {
            incrShared();
            list.add(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        ChildThread t1 = new ChildThread(list);
        ChildThread t2 = new ChildThread(list);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(shared);
        System.out.println(list);
        /*2
        [Thread-0, Thread-1]*/
    }
}

ChildThread的run方法访问了共享变量shared和list。

执行流、内存和程序代码之间的关系：

1）不同的执行流可以访问和操作相同的变量

2）不同的执行流可以执行相同的程序代码

所以，在分析代码执行过程时，理解代码在被哪个线程执行是很重要的

3）当多条执行流执行相同的程序代码时，每条执行流都有自己的栈，方法中

的参数和局部变量都有自己的一份。

当多条执行流可以操作相同的变量时，可能会出现意料之外的结果，包括竞态条件和内存可见性问题。

1.竞态条件 

所谓竞态条件（race condition）是指，当多个线程访问和操作同一个对象时，最终结果和执行时序

有关，可能正确也可能不正确。

public class CounterThread extends Thread{
    private static int counter = 0;
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            counter++;
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 1000;
        Thread[] threads = new Thread[num];
        for (int i = 0; i< num; i++) {
            threads[i] = new CounterThread();
            threads[i].start();
        }
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            threads[i].join();
        }
        System.out.println(counter); //
    }
}

期望结果应该是10000000，实际结果为998400，为什么呢？

因为counter++这个操作不是原子操作，它分为了3个步骤：

1）去counter的当前值

2）在当前值上加1

3）将新值重新赋值给counter

两个线程可能同时执行第一步，取到了相同的counter值。

2.内存的可见性 

多个线程可以共享和访问和操作相同的变量，但一个线程对一个共享变量的修改，

另一个线程不一定能马上见到，甚至永远见不到。

public class VisibilityDemo {
    private static boolean shutdown = false;
    static class MyThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (!shutdown) {
                //do nothing
            }
            System.out.println("exit myThread");
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new MyThread().start();
        Thread.sleep(1000);
        shutdown = true;
        System.out.println("exit main!");
    }
}

期望的结果是两个线程都退出，但实际执行时，很可能会发现myThread永远不退出，

也就是说在myThread执行流看来，shutdown永远为false，即使main线程已经更改为了ture。

这就是内存可见性问题，在计算机系统中，除了内存，数据还会被缓存在CPU的寄存器以及

各级缓存中，当访问一个变量时，可能从CPU寄存器和各级缓存取，而不是从内存，当

修改一个变量时，也可能是先修改到缓存中，稍后再同步更新到内存中。在单线程程序中，这

一般不是问题，但在多线程程序中，尤其是有多个CPU的情况下，这就是严重问题。一个线程对

内存的修改，另一个线程看不到，一是修改没有及时同步到到内存，二是另一个线程根本就没有从内存中读取。

二、理解synchronized(同步)

1.用法和基本原理

synchronized可以用于：

1）实例方法：

public class Counter {
    private int count;
    public synchronized void incre() {
        count ++;
    }
    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

public class CounterThread extends Thread {
    private Counter counter;
    public CounterThread(Counter counter) {
        this.counter = counter;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            counter.incre();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 1000;
        Counter counter = new Counter();
        Thread[] threads = new Thread[num];
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            threads[i] = new CounterThread(counter);
            threads[i].start();
            threads[i].join();
        }
        System.out.println(counter.getCount());
    }
}

看上去，synchronized使得同时只能有一个线程执行实例方法，

但这个理解是不确切的。多个线程是可以同时执行一个synchronized方法的，

只要它们访问的对象不同即可。所以，synchronized实例方法保护的是同一个

对象方法的调用，确保同时只能有一个线程执行。大致过程如下：

1）尝试获得锁，如果能够获得锁，继续下一步，否则加入等待队列，阻塞并等待唤醒；

2）执行实例方法代码；

3）释放锁，如果等待队列上有等待线程，从中抽取一个并唤醒，如果有多个等待线程，唤醒

哪一个是不一定的，不保证公平性。

当线程不能获得锁的时候，他会加入等待队列，状态会变为BLOCKED.

注意：一般在保护变量时，需要在所有访问该变量的方法上加上synchronized。

再次强调：synchronized保护的是对象而非代码，只要访问的是同一个对象的synchronized方法，

即使是不同的代码，也会被同步顺序访问。比如，Counter中的两个实例方法，incre和getCount,

对于同一个Counter对象，一个线程想去执行incre，另一个线程想执行getCount,它们是不能同时执行的，

会被synchronized同步顺序执行。

2）静态方法

synchronized保护的是类对象，而非实例对象（实际上，每个对象都有一个锁和等待队列，类对象也不例外）。

public class StaticCounter {
    private static int count = 0;
    public static void incr() {
        synchronized (StaticCounter.class) {
            count ++;
        }
    }
    public static int getCount() {
        synchronized (StaticCounter.class) {
            return count;
        }
    }
}

3）代码块

public class Counter {
    private int count;
    public void incre() {
        //synchronized括号里面的就是保护对象{}里就是同步执行代码
        synchronized (this) {
            count ++;
        }
    }
    public synchronized int getCount() {
        synchronized (this) {
            return count;
        }
    }
}

public class Counter {
    private int count;
    private Object obj = new Object();
    public void incre() {
        //synchronized同步的对象可以是任意对象，任意对象都有一个锁和等待队列
        synchronized (obj) {
            count ++;
        }
    }
    public synchronized int getCount() {
        synchronized (obj) {
            return count;
        }
    }
}

2.进一步理解synchronized

1)可重入性 

对同一个执行线程，在它获得了锁之后，在调用其他需要同样锁的代码时，可以直接调用。

比如，在一个synchronized实例方法内，可以调用同一个实例中的synchronized实例方法。

2）内存可见性 

synchronized除了保证原子操作外，它还有一个重要作用，就是保证内存可见性，

在释放锁时，所有写入都会写入内存，而获得锁后，都会从内存中读取最新数据。

不过，如果只是为了保证内存可见性，synchronized成本有点高，可以给变量加修饰符volatile代替。

加了volatile后，Java会在操作对应变量时加入特殊指令，保证读写到内存最新值，而非缓存值。

3）死锁

死锁举例：有a、b两个线程，a线程持有锁A，在等待锁B，b线程持有锁B，在等待锁A，

a、b陷入了互相等待，最后谁都执行不下去。

public class DeadLockDemo {
    private static Object lockA = new Object();
    private static Object lockB = new Object();
    public static void startThreadA() {
        Thread t = new Thread(() -> {
            synchronized (lockA) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lockB) {}
            }
        });
        t.start();
    }
    public static void startThreadB() {
        Thread t = new Thread(() -> {
            synchronized (lockB) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lockA) {}
            }
        });
        t.start();
    }
    public static void main(String[] args) {
        startThreadA();
        startThreadA();
    }
}

如何解决死锁问题：首先，应该尽量避免在持有一个锁的同时去申请另一个锁，

如果确实需要多个锁，所有代码都应该按照相同的顺序去申请锁。

3.同步容器

Collections类中有一些方法，可以返回线程安全的同步容器：

public static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c)
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m)

它们是给所有容器方法加上synchronized来实现安全的，例如：

static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E> {
    final Collection<E> c; //Backing Collection
    final Object mutex; //Object on which to synchronize
    SynchronizedCollection(Collection<E> c) {
        if(c==null)
            throw new NullPointerException();
        this.c = c;
        mutex = this;
    }

    public int size() {
        synchronized (mutex) {return c.size();}
    }
    public boolean add(E e) {
        synchronized (mutex) {return c.add(e);}
    }
    public boolean remove(Object o) {
        synchronized (mutex) {return c.remove(o);}
    }
//…
}

这里的线程安全针对的是容器对象，指的是当多个线程并发访问同一个容器对象时，　　

不需要额外的同步操作，也不会出现错误结果。这样是不是就绝对安全了呢？不是

的我们还需要注意以下情况：

1）复合操作 

public class EnhancedMap <K, V> {
    Map<K, V> map;
    public EnhancedMap(Map<K,V> map){
        this.map = Collections.synchronizedMap(map);
    }
    public V putIfAbsent(K key, V value){
        V old = map.get(key);
        if(old!=null){
            return old;
        }
        return map.put(key, value);
    }
    public V put(K key, V value){
        return map.put(key, value);
    }
//…
}

其中的putAbsent方法语义是只有在原方法没有对应键的情况下才添加，

这是一个检查然后在更新的操作，在多线程的情况下，可能有多个线程

执行完了检查这一步，都发现Map中没有对应的键，然后就会都调用put，这就破坏了该方法的语义。

2.伪同步 

那么给该方法加上synchronized就线程安全了吗？

public synchronized V putIfAbsent(K key, V value){
    V old = map.get(key);
    if(old!=null){
        return old;
    }
    return map.put(key, value);
}

答案是否定的，原因是同步对象错了。putAbsent同步使用的是EnhancedMap对象，

而其他方法使用的是Collections当作的map对象。要解决这个问题，所有方法必须

使用相同的锁。所以可以改为：

public V putIfAbsent(K key, V value){
    synchronized(map){
        V old = map.get(key);
        if(old!=null){
            return old;
        }
        return map.put(key, value);
    }
}

3.迭代 

对于同步容器对象，虽然单个操作是安全的，但迭代并不是：

public class DeadLockDemo {

    private static void startModifyThread(final List<String> list) {
        Thread modifyThread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 100; i++) {
                    list.add("item " + i);
                    try {
                        Thread.sleep((int) (Math.random() * 10));
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                }
            }
        });
        modifyThread.start();
    }

    private static void startIteratorThread(final List<String> list) {
        Thread iteratorThread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    for(String str : list) {
                    }
                }
            }
        });
        iteratorThread.start();
    }

    public static void main(String[] args) {
        final List<String> list = Collections
                .synchronizedList(new ArrayList<String>());
        startIteratorThread(list);
        startModifyThread(list);
    }
    /*Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
    at com.cdert.roadpms.test.utils.DeadLockDemo$2.run(DeadLockDemo.java:34)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)*/
}

如果在遍历的同时容器发生了结构性变化就会抛出该异常。

可以改为（在遍历的时候给整个容器对象加锁）：

private static void startIteratorThread2(final List<String> list) {
    Thread iteratorThread = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                synchronized(list){
                    for(String str : list) {
                    }
                }
            }
        }
    });
    iteratorThread.start();
}

二、线程的基本协作机制

一）协作的场景

1）生产者/消费者模式：生产者线程和消费者线程通过共享队列进行协作，生产者将数据或任务放到

队列上，而消费者从队列取数据或者任务，如果队列长度有限，在队列满的时候，生产者需要等待，

在队列为空的时候，消费者需要等待。

2）同时开始：在一些程序，尤其是仿真程序中，要求多个线程同时开始。

3）等待结束：主线程将任务分解成若干子任务，为每个子任务创建一个线程，主线程在继续执行其他

任务之前需要等待每个子任务执行完毕。

4）异步结果：在主从协作模式中，主线程手工创建子线程往往笔记麻烦，一种常见的模式是把子线程封装

为异步调用，异步调用马上返回，但返回的不是最终结果，而是一个称为Future的对象，通过它可以在随后获得最终结果。

5）集合点：在一些程序中，比如并行迭代计算中，每个线程负责一部分计算，然后在集合点等待其他线程完成，所有线程

到齐后，交还数据和计算结果，再进行下一次迭代。

二、wait/notify

在Java根父类中定义了一些线程协作的基本方法，这些方法

分为两类：wait和notify。wait主要有两个方法：

public final void wait() throws InterruptedException
//单位为毫秒表示最长等待时间，wait(0)表示无限期等待，无参wait等于调用wait(0)
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

每个对象都有一把锁和等待队列，一个线程在进入synchronized代码块时，

会尝试获取锁，如果获取不到就会把当前线程加入等待队列，其实，除了

用于锁的等待队列，每个对象还有另一个等待队列，叫做条件队列，该队列

用于线程间的协作。调用wait就会把当前线程（调用该方法使用的线程）放到条件

队列上并阻塞，表示当前线程无法执行，它需要等待一个条件，这个条件不能由

它自己发起，需要其他线程发起。当其他线程改变条件后，应该调用notify方法。

//notify将会从条件队列中选取一个线程，将其从队列中移除并唤醒
public final native void notify();
//notifyAll与notify的区别是:它会移除条件队列中的所有线程，并全部唤醒
public final native void notifyAll();

简单的协作示例：

public class WaitThread extends Thread{
    private volatile boolean fire = false;
    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized(this) {
                while (!fire) {
                    wait();
                }
            }
            System.out.println("fired!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public synchronized void fire() {
        this.fire = true;
        notify();
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        WaitThread waitThread = new WaitThread();
        waitThread.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("fire");
        waitThread.fire();
    }
}

两个线程都要访问变量fire，容易出现竞态条件，所有相关代码都要被

synchronized保护。实际上，wait/notify方法只能在synchronized代码

块内被调用，如果调用wait/notify方法时，当前线程没有持有对象锁，会抛出异常。

看看另一种情况：

public class WaitThread extends Thread{
    private volatile boolean fire = false;
    private volatile int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        try {
            synchronized(this) {
                while (!fire) {
                    sleep(1000);
                    System.out.println(++count);
                }
            }
            System.out.println("fired");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //实例对象的锁不会被释放,该方法永远不会被执行
    public synchronized void fire() {
        System.out.println("fire it");
        this.fire = true;
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        WaitThread waitThread = new WaitThread();
        waitThread.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("fire");
        waitThread.fire();
    }
}

思考：如果wait必须被synchronized保护，那一个线程在wait时，另一个线程

怎么可能调用到同样被synchronized保护的notify方法（注意两个被保护的synchronized方法是一个实例的）？

它不需要等待锁么？我们需要进一步理解wait的内部过程才能解开谜团！！虽然是在synchronized内，但调用

wait时，线程会释放对象锁。wait的具体过程是：

1）把当前线程放入条件等待队列，释放对象锁，阻塞等待，线程状态变为WAITING或TIMED_WAITING。

2）等待时间到或者被其他线程调用notify/notifyAll从条件队列中移除，这时，要重新竞争对象锁：

如果能够重新获得锁，线程状态变为RUNNABLE，并从wait调用中返回。

否则，该线程加入对象锁等待队列，线程变为BLOCKED，只有在获得锁后才会从wait调用中返回。

线程从wait调用中返回后，不代表其等待条件就一定成立了，它需要重新检查其等待条件，一般

调用模式是：

synchronized (obj) {
while(条件不成立)
obj.wait();
…//执行条件满足后的操作
}

比如上例中的代码：

synchronized (this) {
    while(!fire) {
    wait();
    }
}

调用notify会把条件队列中的线程唤醒并从队列中移除，但它并不会

释放调用它的代码块获得的对象锁，也就是说，只有在包含notify的

synchronized代码块执行完毕后，等待线程才会从wait调用中返回。

三、生产者\消费者模式

public class MyQueue<E> {
    private Queue<E> queue = null;
    private int limit;
    public MyQueue(int limit) {
        this.limit = limit;
        queue = new ArrayDeque<E>(limit);
    }
    //给生产者用的方法，往队列上放数据，满了就wait
    public synchronized void put(E e) throws InterruptedException {
        while (queue.size() == limit) wait();
        queue.add(e);
        //由于条件不同但又使用相同的的等待队列，所以
        //要用notifyAll而不能调用notify
        notifyAll();
    }
    //take给消费者用的方法空了就wait
    public synchronized E take() throws InterruptedException {
        while (queue.isEmpty()) wait();
        E e = queue.poll();
        notifyAll();
        return e;
    }
}

只能有一个条件等待队列，这是 wait/notify机制的缺陷，这使得对于条件的分析变得复杂。

public class Producer extends Thread{
    MyQueue<String> queue;
    public Producer(MyQueue<String> queue) {
        this.queue = queue;
    }
    @Override
    public void run() {
        int num = 0;
        try {
            while (true) {
                String task = String.valueOf(num);
                queue.put(task);
                System.out.println("produce: " + task);
                num ++;
                Thread.sleep(3000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class Consumer extends Thread{
    MyQueue<String> queue;
    public Consumer(MyQueue<String> queue) {
        this.queue = queue;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                String task = queue.take();
                System.out.println("consumer: " + task);
                Thread.sleep(3000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、同时开始

public class FireFlag {
    private volatile boolean fired = false;
    public synchronized void waitForFire() throws InterruptedException {
        while (!fired) {
            wait();
        }
    }
    public synchronized void fire() {
        this.fired = true;
        notifyAll();
    }
}

public class Racer extends Thread{
    private FireFlag flag;
    public Racer(FireFlag fireFlag) {
        this.flag = fireFlag;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            flag.waitForFire();
            System.out.println("start run " + Thread.currentThread().getName());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 10;
        FireFlag flag = new FireFlag();
        Thread[] threads = new Thread[num];
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            threads[i] = new Racer(flag);
            threads[i].start();
        }
        Thread.sleep(1000);
        flag.fire();
    }
}

四、等待结束

join方法实际上就是调用了wait方法：

while (isAlive()) {
    wait(0);
}

只要线程是活的，isAlive（）返回true,join就一直等待。谁来通知它呢？

当线程运行结束时，Java系统调用notifyAll来通知。使用join比较麻烦，需要

主线程逐一等待每个子线程。这里我们展示一种新写法：

public class MyLatch {
    //未完成的线程个数，初始值为子线程总个数
    private int threadsCount;
    public MyLatch(int threadsCount) {
        this.threadsCount = threadsCount;
    }
    public synchronized void await() throws InterruptedException {
        while (threadsCount > 0) wait();
    }
    public synchronized void countDown() {
        threadsCount --;
        if (threadsCount <= 0) this.notifyAll();
    }
}

public class Worker extends Thread{
    MyLatch myLatch;
    public Worker(MyLatch myLatch) {
        this.myLatch = myLatch;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
            myLatch.countDown();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 10;
        MyLatch myLatch = new MyLatch(num);
        Thread[] threads = new Thread[num];
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            threads[i] = new Worker(myLatch);
            threads[i].start();
        }
        myLatch.await();
        System.out.println("ready to end !");
    }
}

五、异步结果

在Java中表示子任务的接口是Callable，声明为:

public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

为表示异步调用的结果，定义一个MyFuture接口：

public interface MyFuture <V> {
    //get方法返回真正的结果，如果结果没有计算完成，
    //get方法会阻塞直到计算完成
    V get() throws Exception ;
}

为方便主线程调用子任务，定义一个MyExcecutor类，其中定义一个execute

方法表示执行子任务并返回调用结果。

//利用该方法，对于主线程，就不需要创建并管理子线程了，
//并且可以方便地获取异步调用的结果
public <V> MyFuture<V> execute(final Callable<V> task)

实例：

//表示子任务得接口
interface MyCallable<V> {
    V call() throws Exception;
}

//表示异步调用的结果
interface MyFuture<V> {
    //返回真正的结果
    V get() throws Exception;
}

interface MyExecutor {
    <V> MyFuture<V> execute(final MyCallable<V> task);
}

//执行任务的子线程
public class ExecuteThread<V> extends Thread{

    private V result = null;
    private Exception exception = null;
    private volatile boolean done = false;
    private MyCallable<V> task;
    private Object lock;

    public ExecuteThread(MyCallable<V> task, Object lock) {
        this.task = task;
        this.lock = lock;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            result = task.call();
        } catch (Exception e) {
            exception = e;
        } finally {
            synchronized (lock) {
                done = true;
                lock.notifyAll();
            }
        }
    }

    public V getResult() {
        return result;
    }
    public boolean isDone() {
        return done;
    }

    public Exception getException() {
        return exception;
    }
}

public class MyExecutorImpl implements MyExecutor{
    @Override
    public <V> MyFuture<V> execute(MyCallable<V> task) {
        final Object lock = new Object();
        final ExecuteThread<V> thread = new ExecuteThread<>(task, lock);
        MyFuture<V> myFuture = new MyFuture<V>(){
            @Override
            public V get() throws Exception{
                synchronized (lock) {
                    System.out.println("Try to get result");
                    while (!thread.isDone()) {
                        try {
                            //阻塞直到任务执行完毕
                            lock.wait();
                        } catch (Exception e) {}
                    }
                    if (thread.getException() != null) {
                        throw thread.getException();
                    }
                }
                System.out.println("Got it!!!");
                return thread.getResult();
            }
        };
        thread.start();
        return myFuture;
    }
}

public class MainClass {
    public static void main(String[] args) {
        MyExecutor executor = new MyExecutorImpl();
        MyCallable<Integer> task = new MyCallable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                System.out.println("Start do the call.");
                int result = (int) (Math.random() * 1000);
                Thread.sleep(5000);
                System.out.println("Do the call done.");
                return result;
            }
        };
        //异步调用，返回一个MyFuture对象
        MyFuture<Integer> future = executor.execute(task);
        //执行其他操作
        try {
            System.out.println("Start do other things.");
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println("Other things done. ");
            System.out.println("Ready to get.");
            //获取异步调用结果
            Integer result = future.get();
            System.out.println("The result is " + result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        /*Start do other things.
        Do the call done.
        Other things done.
        The result is 802*/
    }
}

六、集合点

public class AssemblePoint {
    //未到达集合点的线程数量，初始为所有线程数
    private int threadsCount;
    public AssemblePoint(int threadsCount) {
        this.threadsCount = threadsCount;
    }
    public synchronized void await() throws InterruptedException {
        System.out.println("Now the count is " + threadsCount);
        if (threadsCount > 0) {
            threadsCount --;
            if (threadsCount == 0 ) {
                notifyAll();
                System.out.println("All the threads done.");
            }
            else {
                while (threadsCount !=0) {
                    this.wait();
                }
            }
        }
    }
}

public class AssemblePointDemo {
    static class Tourist extends Thread {
        AssemblePoint point;
        public Tourist(AssemblePoint point) {
            this.point = point;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                //模拟各自独自运行
                Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
                //该线程运行完毕，集合
                point.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int num = 10;
        Tourist[] threads = new Tourist[num];
        AssemblePoint point = new AssemblePoint(num);
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            threads[i] = new Tourist(point);
            threads[i].start();
        }
    }
}

三、线程的中断

一）取消/关闭机制

在Java中停止一个线程的主要机制是中断，中断并不是强迫终止一个线程，它是一种协作机制，

是给线程传递一个取消信号，但是由线程线程决定如何以及何时退出。每个线程都有一个标志位，表示该线程是否被中断了。

//返回线程的中断标志位
public boolean isInterrupted()
//中断对应的线程
public void interrupt()
//该方法是静态方法，实际会调用Thread.currentThread()操作当前线程，返回标志位，并清空
public static boolean interrupted()

二）线程中断的反应

interrupt()对线程的影响与线程的状态和正在进行的IO操作有关，

我们主要讨论线程状态：

1）RUNNABLE：线程正在运行或者具备运行的条件只是在等待操作系统调度；

2）WAITING/TIME_WAITING:线程在等待某个条件或者超时；

3）BLOCKED:线程在等待锁，试图进入同步块

4）NEW/TERMINATED:线程还未启动或者已经结束。

1.RUNNABLE 

如果线程在运行中，且没有执行IO操作，interrupt()只是会设置线程的中断标致位，

没有任何其他作用。线程应该在运行过程中合适的位置检查中断标志位，例如：

public class InterruptRunnableDemo extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        while(!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        }
        System.out.println("done ");
    }
}

2.WAITING/TIME_WAITING 

线程调用join/wait/sleep方法会进入WAITING/TIME_WAITING状态，

在这些状态时，对线程对象调用interrupt会使线程抛出InterruptedException。

抛出异常后，中断标志位会被清空，而不是设置。比如：

public static void main(String[] args) {
    Thread thread = new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted()); //false
        }
    });
    thread.start();
    try {
        Thread.sleep(100);
    } catch (Exception e) {}
    thread.interrupt();
}

捕获InterruptedException，通常表示希望线程结束，线程大致有两种处理方式：

1）向上传递该异常，这使得该方法也变成一个可中断方法，需要调用者进行处理；

2）有些情况不能向上传递异常，比如Thread的run方法，它的声明是固定的，不能

抛出受检异常，这时，应该捕获异常，进行合理的清理操作，清理后，一般应该调

用Thread的interrupt方法设置中断标志位，使得其他代码有方法知道它发生中断。

3.BLOCKED 

如果一个线程在等待锁，对线程调用interrupt只是会设置中断标志位，线程

仍然会处于BLOCKED状态。interrupt并不能使一个正在等待锁的线程正真“中断”。

public class InterruptSynchronizedDemo {
    private static Object lock = new Object();
    private static class MyThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Coming in "); //never
                while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                }
            }
            System.out.println("exit");//never
        }
    }
    public static void test() throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            MyThread thread = new MyThread();
            thread.start();
            Thread.sleep(1000);
            thread.interrupt();
            thread.join();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        //test方法在持有锁的情况下启动线程thread,而线程thread
        //也尝试获得锁，所以会进入等待队列。
        try {
            test();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在使用synchronized关键字获取锁的过程中不响应中断请求，这是synchronized的局限性。

4.NEW/TERMINATE

调用interrupt无任何效果。

三）如何正确地取消/关闭线程

interrupt方法不一定会真正中断线程，它只是一种协作机制。

对于以线程提供服务的程序模块而言，它应该封装取消/关闭操作，提供

单独的取消/关闭方法给调用者。