详解Java编程中线程同步以及定时启动线程的方法

详解Java编程中线程同步以及定时启动线程的方法

使用wait()与notify()实现线程间协作

1. wait()与notify()/notifyAll()

调用sleep()和yield()的时候锁并没有被释放，而调用wait()将释放锁。这样另一个任务（线程）可以获得当前对象的锁，从而进入它的synchronized方法中。可以通过notify()/notifyAll()，或者时间到期，从wait()中恢复执行。

只能在同步控制方法或同步块中调用wait()、notify()和notifyAll()。如果在非同步的方法里调用这些方法，在运行时会抛出IllegalMonitorStateException异常。

2.模拟单个线程对多个线程的唤醒

模拟线程之间的协作。Game类有2个同步方法prepare()和go()。标志位start用于判断当前线程是否需要wait()。Game类的实例首先启动所有的Athele类实例，使其进入wait()状态，在一段时间后，改变标志位并notifyAll()所有处于wait状态的Athele线程。

Game.java

package concurrency;

import java.util.Collection;

import java.util.Collections;

import java.util.HashSet;

import java.util.Iterator;

import java.util.Set;

class Athlete implements Runnable {

private final int id;

private Game game;

public Athlete(int id, Game game) {

this.id = id;

this.game = game;

}

public boolean equals(Object o) {

if (!(o instanceof Athlete))

return false;

Athlete athlete = (Athlete) o;

return id == athlete.id;

}

public String toString() {

return "Athlete<" + id + ">";

}

public int hashCode() {

return new Integer(id).hashCode();

}

public void run() {

try {

game.prepare(this);

} catch (InterruptedException e) {

System.out.println(this + " quit the game");

}

}

}

public class Game implements Runnable {

private Set players = new HashSet();

private boolean start = false;

public void addPlayer(Athlete one) {

players.add(one);

}

public void removePlayer(Athlete one) {

players.remove(one);

}

public Collection getPlayers() {

return Collections.unmodifiableSet(players);

}

public void prepare(Athlete athlete) throws InterruptedException {

System.out.println(athlete + " ready!");

synchronized (this) {

while (!start)

wait();

if (start)

System.out.println(athlete + " go!");

}

}

public synchronized void go() {

notifyAll();

}

public void ready() {

Iterator iter = getPlayers().iterator();

while (iter.hasNext())

new Thread(iter.next()).start();

}

public void run() {

start = false;

System.out.println("Ready......");

System.out.println("Ready......");

System.out.println("Ready......");

ready();

start = true;

System.out.println("Go!");

go();

}

public static void main(String[] args) {

Game game = new Game();

for (int i = 0; i < 10; i++)

game.addPlayer(new Athlete(i, game));

new Thread(game).start();

}

}

结果：

Ready......

Ready......

Ready......

Athlete<0> ready!

Athlete<1> ready!

Athlete<2> ready!

Athlete<3> ready!

Athlete<4> ready!

Athlete<5> ready!

Athlete<6> ready!

Athlete<7> ready!

Athlete<8> ready!

Athlete<9> ready!

Go!

Athlete<9> go!

Athlete<8> go!

Athlete<7> go!

Athlete<6> go!

Athlete<5> go!

Athlete<4> go!

Athlete<3> go!

Athlete<2> go!

Athlete<1> go!

Athlete<0> go!

3.模拟忙等待过程

MyObject类的实例是被观察者，当观察事件发生时，它会通知一个Monitor类的实例（通知的方式是改变一个标志位）。而此Monitor类的实例是通过忙等待来不断的检查标志位是否变化。

BusyWaiting.java

import java.util.concurrent.TimeUnit;

class MyObject implements Runnable {

private Monitor monitor;

public MyObject(Monitor monitor) {

this.monitor = monitor;

}

public void run() {

try {

TimeUnit.SECONDS.sleep(3);

System.out.println("i'm going.");

monitor.gotMessage();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

class Monitor implements Runnable {

private volatile boolean go = false;

public void gotMessage() throws InterruptedException {

go = true;

}

public void watching() {

while (go == false)

;

System.out.println("He has gone.");

}

public void run() {

RACRG watching();

}

}

public class BusyWaiting {

public static void main(String[] args) {

Monitor monitor = new Monitor();

MyObject o = new MyObject(monitor);

new Thread(o).start();

new Thread(monitor).start();

}

}

结果：

i'm going.

He has gone.

4.使用wait()与notify()改写上面的例子

下面的例子通过wait()来取代忙等待机制，当收到通知消息时，notify当前Monitor类线程。

Wait.java

package concurrency.wait;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

class MyObject implements Runnable {

private Monitor monitor;

public MyObject(Monitor monitor) {

this.monitor = monitor;

}

定时启动线程

这里提供两种在指定时间后启动线程的方法。一是通过java.util.concurrent.DelayQueue实现；二是通过java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor实现。

1. java.util.concurrent.DelayQueue

类DelayQueue是一个无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。它接受实现Delayed接口的实例作为元素。

<>Delayed.java

package java.util.concurrent;

import java.util.*;

public interface Delayed extends Comparable {

long getDelay(TimeUnit unit);

}

getDelay()返回与此对象相关的剩余延迟时间，以给定的时间单位表示。此接口的实现必须定义一个 compareTo 方法，该方法提供与此接口的 getDelay 方法一致的排序。

DelayQueue队列的头部是延迟期满后保存时间最长的 Delayed 元素。当一个元素的getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于等于 0 的值时，将发生到期。

2.设计带有时间延迟特性的队列

类DelayedTasker维护一个DelayQueue queue，其中DelayedTask实现了Delayed接口，并由一个内部类定义。外部类和内部类都实现Runnable接口，对于外部类来说，它的run方法是按定义的时间先后取出队列中的任务，而这些任务即内部类的实例，内部类的run方法定义每个线程具体逻辑。

这个设计的实质是定义了一个具有时间特性的线程任务列表，而且该列表可以是任意长度的。每次添加任务时指定启动时间即可。

DelayedTasker.java

package com.zj.timedtask;

import static java.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS;

import static java.util.concurrent.TimeUnit.NANOSECONDS;

import java.util.Collection;

import java.util.Collections;

import java.util.Random;

import java.util.concurrent.DelayQueue;

import java.util.concurrent.Delayed;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class DelayedTasker implements Runnable {

DelayQueue queue = new DelayQueue();

public void addTask(DelayedTask e) {

queue.put(e);

}

public void removeTask() {

queue.poll();

}

public Collection getAllTasks() {

return Collections.unmodifiableCollection(queue);

}

public int getTaskQuantity() {

return queue.size();

}

public void run() {

while (!queue.isEmpty())

try {

queue.take().run();

} catch (InterruptedException e) {

System.out.println("Interrupted");

}

System.out.println("Finished DelayedTask");

}

public static class DelayedTask implements Delayed, Runnable {

private static int counter = 0;

private final int id = counter++;

private final int delta;

private final long trigger;

public DelayedTask(int delayInSeconds) {

delta = delayInSeconds;

trigger = System.nanoTime() + NANOSECONDS.convert(delta, SECONDS);

}

public long getDelay(TimeUnit unit) {

return unit.convert(trigger - System.nanoTime(), NANOSECONDS);

}

public int compareTo(Delayed arg) {

DelayedTask that = (DelayedTask) arg;

if (trigger < that.trigger)

return -1;

if (trigger > that.trigger)

return 1;

return 0;

}

public void run() {

//run all that you want to do

System.out.println(this);

}

public String toString() {

return "[" + delta + "s]" + "Task" + id;

}

}

public static void main(String[] args) {

Random rand = new Random();

ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

DelayedTasker tasker = new DelayedTasker();

for (int i = 0; i < 10; i++)

tasker.addTask(new DelayedTask(rand.nextInt(5)));

exec.execute(tasker);

exec.shutdown();

}

}

结果：

[0s]Task 1

[0s]Task 2

[0s]Task 3

[1s]Task 6

[2s]Task 5

[3s]Task 8

[4s]Task 0

[4s]Task 4

[4s]Task 7

[4s]Task 9

Finished DelayedTask

3. java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor

该类可以另行安排在给定的延迟后运行任务（线程），或者定期（重复）执行任务。在构造子中需要知道线程池的大小。最主要的方法是：

[1] schedule

public ScheduledFuture> schedule(Runnable command, long delay,TimeUnit unit)

创建并执行在给定延迟后启用的一次性操作。

指定者：

-接口 ScheduledExecutorService 中的 schedule;

参数：

-command - 要执行的任务 ;

-delay - 从现在开始延迟执行的时间 ;

-unit - 延迟参数的时间单位 ;

返回：

-表示挂起任务完成的 ScheduledFuture，并且其 get() 方法在完成后将返回 null。

[2] scheduleAtFixedRate

public ScheduledFuture> scheduleAtFixedRate(

Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit)

创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，后续操作具有给定的周期；也就是将在 initialDelay 后开始执行，然后在 initihttp://alDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。如果任务的任何一个执行遇到异常，则后续执行都会被取消。否则，只能通过执行程序的取消或终止方法来终止该任务。如果此任务的任何一个执行要花费比其周期更长的时间，则将推迟后续执行，但不会同时执行。

指定者：

-接口 ScheduledExecutorService 中的 scheduleAtFixedRate;

参数：

-command - 要执行的任务 ;

-initialDelay - 首次执行的延迟时间 ;

-period - 连续执行之间的周期 ;

-unit - initialDelay 和 period 参数的时间单位 ;

返回：

-表示挂起任务完成的 ScheduledFuture，并且其 get() 方法在取消后将抛出异常。

4.设计带有时间延迟特性的线程执行者

类ScheduleTasked关联一个ScheduledThreadPoolExcutor，可以指定线程池的大小。通过schedule方法知道线程及延迟的时间，通过shutdown方法关闭线程池。对于具体任务（线程）的逻辑具有一定的灵活性（相比前一中设计，前一种设计必须事先定义线程的逻辑，但可以通过继承或装饰修改线程具体逻辑设计）。

ScheduleTasker.java

package com.zj.timedtask;

import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduleTasker {

private int corePoolSize = 10;

ScheduledThreadPoolExecutor scheduler;

public ScheduleTasker() {

scheduler = new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);

}

public ScheduleTasker(int quantity) {

corePoolSize = quantity;

scheduler = new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);

}

public void schedule(Runnable event, long delay) {

scheduler.schedule(event, delay, TimeUnit.SECONDS);

}

public void shutdown() {

scheduler.shutdown();

}

public static void main(String[] args) {

ScheduleTasker tasker = new ScheduleTasker();

tasker.schedule(new Runnable() {

public void run() {

System.out.println("[1s]Task 1");

}

}, 1);

tasker.schedule(new Runnable() {

public void run() {

System.out.println("[2s]Task 2");

}

}, 2);

tasker.schedule(new Runnable() {

public void run() {

System.out.println("[4s]Task 3");

}

}, 4);

tasker.schedule(new Runnable() {

public void run() {

System.out.println("[10s]Task 4");

}

}, 10);

tasker.shutdown();

}

}

结果：

[1s]Task 1

[2s]Task 2

[4s]Task 3

[10s]Task 4

public void run() {

try {

TimeUnit.SECONDS.sleep(3);

System.out.println("i'm going.");

monitor.gotMessage();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

class Monitor implements Runnable {

private volatile boolean go = false;

public synchronized void gotMessage() throws InterruptedException {

go = true;

notify();

}

public synchronized void watching() throws InterruptedException {

while (go == false)

wait();

System.out.println("He has gone.");

}

public void run() {

try {

watching();

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

public class Wait {

public static void main(String[] args) {

Monitor monitor = new Monitor();

MyObject o = new MyObject(monitor);

new Thread(o).start();

new Thread(monitor).start();

}

}

结果：

i'm going.

He has gone.

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