構建Java并發模型框架

2019-11-18 12:19:05

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供稿：網友

　　java的多線程特性為構建高性能的應用提供了極大的方便，但是也帶來了不少的麻煩。線程間同步、數據一致性等煩瑣的問題需要細心的考慮，一不小心就會出現一些微妙的，難以調試的錯誤。另外，應用邏輯和線程邏輯糾纏在一起，會導致程序的邏輯結構混亂，難以復用和維護。本文試圖給出一個解決這個問題的方案，通過構建一個并發模型框架（framework），使得開發多線程的應用變得輕易。
　　基礎知識
　　Java語言提供了對于線程很好的支持，實現方法小巧、優雅。對于方法重入的保護，信號量（semaphore）和臨界區（critical section）機制的實現都非常簡潔。可以很輕易的實現多線程間的同步操作從而保護要害數據的一致性。這些特點使得Java成為面向對象語言中對于多線程特性支持方面的佼佼者（C++正在試圖把boost庫中的對于線程的支持部分納入語言標準）。
　　Java中內置了對于對象并發訪問的支持，每一個對象都有一個監視器（monitor），同時只答應一個線程持有監視器從而進行對對象的訪問，那些沒有獲得監視器的線程必須等待直到持有監視器的線程釋放監視器。對象通過synchronized要害字來聲明線程必須獲得監視器才能進行對自己的訪問。
　　synchronized聲明僅僅對于一些較為簡單的線程間同步問題比較有效，對于哪些復雜的同步問題，比如帶有條件的同步問題，Java提供了另外的解決方法，wait/notify/notifyAll。獲得對象監視器的線程可以通過調用該對象的wait方法主動釋放監視器，等待在該對象的線程等待隊列上，此時其他線程可以得到監視器從而訪問該對象，之后可以通過調用notify/notifyAll方法來喚醒先前因調用wait方法而等待的線程。一般情況下，對于wait/notify/notifyAll方法的調用都是根據一定的條件來進行的，比如：經典的生產者/消費者問題中對于隊列空、滿的判定。熟悉POSIX的讀者會發現，使用wait/notify/notifyAll可以很輕易的實現POSIX中的一個線程間的高級同步技術：條件變量。
　　有很多的書籍、資料對于synchronized、wait/notify/notifyAll進行了具體的介紹，參考文獻〔3〕中對于synchronized要害字以及和線程有關的Java內存模型有深入具體的論述，有愛好的讀者可以自行學習，不在此贅述。
　　簡單例子
　　本文將圍繞一個簡單的例子展開論述，這樣可以更輕易突出我們解決問題的思路、方法。本文想向讀者展現的正是這些思路、方法。這些思路、方法更加適用于解決大規模、復雜應用中的并發問題。
　　考慮一個簡單的例子，我們有一個服務提供者，它通過一個接口對外提供服務，服務內容非常簡單，就是在標準輸出上打印Hello World。類結構圖如下：
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