介绍java处理多线程问题的3中最基本(底层)的工具

在生产,消费模式中最常见的一种形式就为

--------------------------------------------------------------------

消费者

lock

  申请资源,没有

  等待

unlock

--------------------------------------------------------------------

生产者

lock

   生产资源

   发现有等待的消费者

   唤醒

unlock

这里面出现问题的是第一个地方,那就是在生产者线程等待之后,线程挂起,无法unlock了,由于消费者没有unlock,生产者也无法进入lock,于是死锁产生了。

java有一个最早的解决方案:

--------------------------------------------------------------------

synchronized(obj) {

    申请资源

    obj.wait();

    对资源操作

}

--------------------------------------------------------------------

synchronized(obj) {

查看是否有等待

    

    .........

}

这种方式的所谓obj,其实就维护着一个等待队列,

但是这种方式有一个缺点:不是适用于锁中保持多个等待队列的情况,

例如最典型的生产者,消费者PV模型里面,由于缓冲的大小有限制,而生产者是可能不停生产的,所以生产者也可能阻塞,同时消费者也可能阻塞。生产者有生产者的阻塞队列,消费者有消费者的阻塞队列。

生产者可以看作是一种消耗“空”资源的消费者,而消费者是一种消耗“满”资源的消费者

生产者

lock ------- 1

  申请空资源

  等待空资源 ------- 2

  生产满资源

  唤醒等待满资源

unlock -----------3

消费者

lock -----------4

  申请满资源  

  等待满资源 --------- 5

   生产空资源

   唤醒等待空资源

unlock ---------- 6


上面这个模型1-2 2-3 4-5 5-6都要求是互斥的。但是却有2个等待队列,此时就要ReentrantLock上场了。

ReentrantLock的原理本质上是操作系统的进程调度。它可以new多个Condition,而每一个condition,实际是一个阻塞队列。当condition.await的时候,线程会进入当前condition的阻塞队列。condition.signal的时候,将会从condition的阻塞队列中移除一个线程到就绪队列中去,同时就绪队列中只能有一个线程在运行。

只要new两个condition,上述模型即可满足:每个代码块都是原子操作,同时有2个等待队列的情形。

另外我们还有一个武器是LockSupport的park, unpark操作。

这两个操作表面上很简单,是阻塞线程,唤醒线程,但是它们可以不在lock ... unlock的代码块中。实际上用了int原子操作,内核变量,等待队列3种同步手段实现。

我们考虑地一个模型,如果改为:

--------------------------------------------------------------------

消费者

while(true) {

lock

  申请资源

unlock

  没有资源

   等待 ----------- 注意,这个操作不在lock里面了!!

  有资源

    做事情

}

--------------------------------------------------------------------

生产者

while(true) {

lock

   生产资源

   发现有等待的消费者

   唤醒

unlock

}

这样,我们就避免了等待操作在lock块中无法释放锁的问题,但是随之而来的问题是,如果在消费者认为没有资源,unlock,准备等待这一瞬间,生产者发现,有线程没有取得资源,唤醒,而后如果消费者等待就会永远等待下去了!

LockSupport的park, unpark之所以实现的这么复杂,就是为了解决这个问题!

如果一个线程在park之前被unpark,那么这个park是无效的!而如果这个线程再次park,那么这第二次park是有效的!

因为LockSupport在内部维持了一个int类型的状态标志,同时还有一个等待队列,用内核对象保护。


以上3个就是我认为最基本的java多线程工具。