java编程的总结与思考

可以用BlockingQueue来实现生产者-消费者并发模型(下一节中有介绍)，当然在Java 5以前也可以通过wait和notify来实现线程调度，比较一下两种代码就知道基于已有的并发工具类来重构并发代码到底好在哪里了。 基于wait和notify的实现 使用BlockingQueue后代码优雅了很多。 并发模型 在继续下面的探讨之前，我们还是重温一下几个概念： 概念 解释临界资源 并发环境中有着固定数量的资源互斥 对资源的访问是排他式的饥饿 一个或一组线程长时间或永远无法取得进展死锁 两个或多个线程相互等待对方结束活锁 想要执行的线程总是发现其他的线程正在执行以至于长时间或永远无法执行重温了这几个概念后，我们可以探讨一下下面的几种并发模型。 生产者-消费者 一个或多个生产者创建某些工作并将其置于缓冲区或队列中，一个或多个消费者会从队列中获得这些工作并完成之。这里的缓冲区或队列是临界资源。当缓冲区或队列放满的时候，生产这会被阻塞;而缓冲区或队列为空的时候，消费者会被阻塞。生产者和消费者的调度是通过二者相互交换信号完成的。 读者-写者 当存在一个主要为读者提供信息的共享资源，它偶尔会被写者更新，但是需要考虑系统的吞吐量，又要防止饥饿和陈旧资源得不到更新的问题。

在这种并发模型中，如何平衡读者和写者是最困难的，当然这个问题至今还是一个被热议的问题，恐怕必须根据具体的场景来提供合适的解决方案而没有那种放之四海而皆准的方法(不像我在国内的科研文献中看到的那样)。 哲学家进餐 1965年，荷兰计算机科学家图灵奖得主Edsger Wybe Dijkstra提出并解决了一个他称之为哲学家进餐的同步问题。这个问题可以简单地描述如下：五个哲学家围坐在一张圆桌周围，每个哲学家面前都有一盘通心粉。由于通心粉很滑，所以需要两把叉子才能夹住。相邻两个盘子之间放有一把叉子如下图所示。哲学家的生活中有两种交替活动时段：即吃饭和思考。当一个哲学家觉得饿了时，他就试图分两次去取其左边和右边的叉子，每次拿一把，但不分次序。如果成功地得到了两把叉子，就开始吃饭，吃完后放下叉子继续思考。 把上面问题中的哲学家换成线程，把叉子换成竞争的临界资源，上面的问题就是线程竞争资源的问题。如果没有经过精心的设计，系统就会出现死锁、活锁、吞吐量下降等问题。 下面是用信号量原语来解决哲学家进餐问题的代码，使用了Java 5并发工具包中的Semaphore类(代码不够漂亮但是已经足以说明问题了)。 //import java.util.concurrent.ExecutorService; //import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; 现实中的并发问题基本上都是这三种模型或者是这三种模型的变体。 测试并发代码 对并发代码的测试也是非常棘手的事情，棘手到无需说明大家也很清楚的程度，所以这里我们只是探讨一下如何解决这个棘手的问题。

我们建议大家编写一些能够发现问题的测试并经常性的在不同的配置和不同的负载下运行这些测试。不要忽略掉任何一次失败的测试，线程代码中的缺陷可能在上万次测试中仅仅出现一次。具体来说有这么几个注意事项： 不要将系统的失效归结于偶发事件，就像拉不出屎的时候不能怪地球没有引力。先让非并发代码工作起来，不要试图同时找到并发和非并发代码中的缺陷。编写可以在不同配置环境下运行的线程代码。编写容易调整的线程代码，这样可以调整线程使性能达到最优。让线程的数量多于CPU或CPU核心的数量，这样CPU调度切换过程中潜在的问题才会暴露出来。

让并发代码在不同的平台上运行。通过自动化或者硬编码的方式向并发代码中加入一些辅助测试的代码。 Java 7的并发编程 Java 7中引入了TransferQueue，它比BlockingQueue多了一个叫transfer的方法，如果接收线程处于等待状态，该操作可以马上将任务交给它，否则就会阻塞直至取走该任务的线程出现。可以用TransferQueue代替BlockingQueue，因为它可以获得更好的性能。 刚才忘记了一件事情，Java 5中还引入了Callable接口、Future接口和FutureTask接口，通过他们也可以构建并发应用程序，代码如下所示。 Callable接口也是一个单方法接口，显然这是一个回调方法，类似于函数式编程中的回调函数，在Java 8 以前，Java中还不能使用Lambda表达式来简化这种函数式编程。和Runnable接口不同的是Callable接口的回调方法call方法会返回一个对象，这个对象可以用将来时的方式在线程执行结束的时候获得信息。上面代码中的call方法就是将计算出的10000个0到1之间的随机小数的平均值返回，我们通过一个Future接口的对象得到了这个返回值。目前最新的Java版本中，Callable接口和Runnable接口都被打上了@FunctionalInterface的注解，也就是说它可以用函数式编程的方式(Lambda表达式)创建接口对象。 下面是Future接口的主要方法： get()：获取结果。如果结果还没有准备好，get方法会阻塞直到取得结果;当然也可以通过参数设置阻塞超时时间。 cancel()：在运算结束前取消。 isDone()：可以用来判断运算是否结束。 Java 7中还提供了分支/合并(fork/join)框架，它可以实现线程池中任务的自动调度，并且这种调度对用户来说是透明的。

为了达到这种效果，必须按照用户指定的方式对任务进行分解，然后再将分解出的小型任务的执行结果合并成原来任务的执行结果。这显然是运用了分治法(divide-and-conquer)的思想。下面的代码使用了分支/合并框架来计算1到10000的和，当然对于如此简单的任务根本不需要分支/合并框架，因为分支和合并本身也会带来一定的开销，但是这里我们只是探索一下在代码中如何使用分支/合并框架，让我们的代码能够充分利用现代多核CPU的强大运算能力。 伴随着Java 7的到来，Java中默认的数组排序算法已经不再是经典的快速排序(双枢轴快速排序)了，新的排序算法叫TimSort，它是归并排序和插入排序的混合体，TimSort可以通过分支合并框架充分利用现代处理器的多核特性，从而获得更好的性能(更短的排序时间)。