從事Java編程已經(jīng)10多年了，可以說絕對(duì)是個(gè)老兵；但對(duì)于Java并發(fā)編程，我只能算是個(gè)新兵蛋子。我說這話估計(jì)要遭到某些高手的冷嘲熱諷，但我并不感到害怕。

因?yàn)槲抑溃磕甓紩?huì)有很多很多的新人要加入Java編程的大軍，他們對(duì)“并發(fā)”編程中遇到的問題也會(huì)有感到無助的時(shí)候。而我，非常樂意與他們一道，對(duì)使用Java線程進(jìn)行并發(fā)程序開發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行新一輪的學(xué)習(xí)。

01、為什么要學(xué)習(xí)并發(fā)？

我的腦袋沒有被如來佛祖開過光，所以喜歡一件事接著一件事的想，做不到“一腦兩用”。但有些大佬就不一樣，比如說諸葛亮，就能夠一邊想著琴譜一邊彈著琴，還能夾帶著盤算出司馬懿退兵后的打算。

諸葛大佬就有著超強(qiáng)的“并發(fā)”能力啊。換做是我，面對(duì)司馬懿的千萬大軍，不僅彈不了琴，弄不好還被嚇得屁滾尿流。

每個(gè)人都只有一個(gè)腦子，就像電腦只有一個(gè)CPU一樣。但一個(gè)腦子并不意味著不能“一腦兩用”，關(guān)鍵就在于腦子有沒有“并發(fā)”的能力。

腦子要是有了并發(fā)能力，那真的是厲害到飛起啊，想想司馬懿被氣定神閑的諸葛大佬嚇跑的樣子就知道了。

對(duì)于程序來說，如果具有并發(fā)的能力，效率就能夠大幅度地提升。你一定注冊(cè)過不少網(wǎng)站，收到過不少驗(yàn)證碼，如果網(wǎng)站的服務(wù)器端在發(fā)送驗(yàn)證碼的時(shí)候，沒有專門起一個(gè)線程來處理（并發(fā)），假如網(wǎng)絡(luò)不好發(fā)生阻塞的話，那服務(wù)器端豈不是要從天亮等到天黑才知道你有沒有收到驗(yàn)證碼？如果就你一個(gè)用戶也就算了，但假如有一百個(gè)用戶呢？這一百個(gè)用戶難道也要在那傻傻地等著，那真要等到花都謝了。

可想而知，并發(fā)編程是多么的重要！況且，懂不懂Java虛擬機(jī)和會(huì)不會(huì)并發(fā)編程，幾乎是判定一個(gè)Java開發(fā)人員是不是高手的不三法則。所以要想掙得多，還得會(huì)并發(fā)?。?/p>

02、創(chuàng)建一個(gè)線程

通常，啟動(dòng)一個(gè)程序，就相當(dāng)于起了一個(gè)進(jìn)程。每個(gè)電腦都會(huì)運(yùn)行很多程序，所以你會(huì)在進(jìn)程管理器中看到很多進(jìn)程。你會(huì)說，這不廢話嗎？

不不不，在我剛學(xué)習(xí)編程的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我都想當(dāng)然地以為這些進(jìn)程就是線程；但后來我知道不是那么回事兒。一個(gè)進(jìn)程里，可能會(huì)有很多線程在運(yùn)行，也可能只有一個(gè)。

main函數(shù)其實(shí)就是一個(gè)主線程。我們可以在這個(gè)主線程當(dāng)中創(chuàng)建很多其他的線程。來看下面這段代碼。

public class Wanger {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread t = new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("我叫" + Thread.currentThread().getName() + "，hello");
                }
            });
            t.start();
        }
    }
}

創(chuàng)建線程最常用的方式就是聲明一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的匿名內(nèi)部類；然后將它作為創(chuàng)建Thread對(duì)象的參數(shù)；再然后調(diào)用Thread對(duì)象的start()方法進(jìn)行啟動(dòng)。運(yùn)行的結(jié)果如下。

我叫Thread-1，hello
我叫Thread-3，hello
我叫Thread-2，hello
我叫Thread-0，hello
我叫Thread-5，hello
我叫Thread-4，hello
我叫Thread-6，hello
我叫Thread-7，hello
我叫Thread-8，hello
我叫Thread-9，hello

從運(yùn)行的結(jié)果中可以看得出來，線程的執(zhí)行順序不是從0到9的，而是有一定的隨機(jī)性。這是因?yàn)镴ava的并發(fā)是搶占式的，線程0雖然創(chuàng)建得最早，但它的“爭(zhēng)寵”能力卻一般，上位得比較艱辛。

03、創(chuàng)建線程池

java.util.concurrent.Executors類提供了一系列工廠方法用于創(chuàng)建線程池，可把多個(gè)線程放在一起進(jìn)行更高效地管理。示例如下。

public class Wanger {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable r = new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("我叫" + Thread.currentThread().getName() + "，hello");
                }
            };
            executorService.execute(r);
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

運(yùn)行的結(jié)果如下。

我叫pool-1-thread-2，hello
我叫pool-1-thread-4，hello
我叫pool-1-thread-5，hello
我叫pool-1-thread-3，hello
我叫pool-1-thread-4，hello
我叫pool-1-thread-1，hello
我叫pool-1-thread-7，hello
我叫pool-1-thread-6，hello
我叫pool-1-thread-5，hello
我叫pool-1-thread-6，hello

Executors的newCachedThreadPool()方法用于創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池，調(diào)用該線程池的方法execute()可以重用以前的線程，只要該線程可用；比如說，pool-1-thread-4、pool-1-thread-5和pool-1-thread-6就得到了重用的機(jī)會(huì)。我能想到的最佳形象代言人就是女皇武則天。

如果沒有可用的線程，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新線程并添加到池中。當(dāng)然了，那些60秒內(nèi)還沒有被使用的線程也會(huì)從緩存中移除。

另外，Executors的newFiexedThreadPool(int num)方法用于創(chuàng)建固定數(shù)目線程的線程池；newSingleThreadExecutor()方法用于創(chuàng)建單線程化的線程池（你能想到它應(yīng)該使用的場(chǎng)合嗎？）。

但是，故事要轉(zhuǎn)折了。阿里巴巴的Java開發(fā)手冊(cè)中明確地指出，不允許使用Executors來創(chuàng)建線程池。

圖片

不能使用Executors創(chuàng)建線程池，那么該怎么創(chuàng)建線程池呢？

直接調(diào)用ThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建線程池唄。其實(shí)Executors就是這么做的，只不過沒有對(duì) BlockQueue 指定容量。我們需要做的就是在創(chuàng)建的時(shí)候指定容量。代碼示例如下。

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 10,
        60L, TimeUnit.SECONDS,
        new ArrayBlockingQueue(10));

04、共享資源競(jìng)爭(zhēng)問題

有一次，我陪家人在商場(chǎng)里面逛街，出電梯的時(shí)候有一個(gè)傻叉非要搶著進(jìn)電梯。女兒的小推車就壓到了那傻叉的腳上，他竟然不依不饒地指著我的鼻子叫囂。我直接一拳就打在他的鼻子上，隨后我們就糾纏在了一起。

這件事情說明了什么問題呢？第一，遇到不講文明不知道“先出后進(jìn)”（LIFO）規(guī)則的傻叉真的很麻煩；第二，競(jìng)爭(zhēng)共享資源的時(shí)候，弄不好要拳腳相向。

在Java中，解決共享資源競(jìng)爭(zhēng)問題的首個(gè)解決方案就是使用關(guān)鍵字synchronized。當(dāng)線程執(zhí)行被synchronized保護(hù)的代碼片段的時(shí)候，會(huì)對(duì)這段代碼進(jìn)行上鎖，其他調(diào)用這段代碼的線程會(huì)被阻塞，直到鎖被釋放。

下面這段代碼使用ThreadPoolExecutor創(chuàng)建了一個(gè)線程池，池里面的每個(gè)線程會(huì)對(duì)共享資源count進(jìn)行+1操作?，F(xiàn)在，閉上眼想一想，當(dāng)1000個(gè)線程執(zhí)行結(jié)束后，count的值會(huì)是多少呢？

public class Wanger {
    public static int count = 0;

    public static int getCount() {
        return count;
    }

    public static void addCount() {
         count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(10, 1000,
                60L, TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10));


        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            Runnable r = new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    Wanger.addCount();
                }
            };
            executorService.execute(r);
        }
        executorService.shutdown();
        System.out.println(Wanger.count);
    }
}

事實(shí)上，共享資源count的值很有可能是996、998，但很少會(huì)是1000。為什么呢？

因?yàn)橐粋€(gè)線程正在寫這個(gè)變量的時(shí)候，另外一個(gè)線程可能正在讀這個(gè)變量，或者正在寫這個(gè)變量。這個(gè)變量就變成了一個(gè)“不確定狀態(tài)”的數(shù)據(jù)。這個(gè)變量必須被保護(hù)起來。

通常的做法就是在改變這個(gè)變量的addCount()方法上加上synchronized關(guān)鍵字——保證線程在訪問這個(gè)變量的時(shí)候有序地進(jìn)行排隊(duì)。

示例如下：

public synchronized static void addCount() {
     count++;
}

還有另外的一種常用方法——讀寫鎖。分為讀鎖和寫鎖，多個(gè)讀鎖不互斥，讀鎖與寫鎖互斥，由Java虛擬機(jī)控制。如果代碼允許很多線程同時(shí)讀，但不能同時(shí)寫，就上讀鎖；如果代碼不允許同時(shí)讀，并且只能有一個(gè)線程在寫，就上寫鎖。

讀寫鎖的接口是ReadWriteLock，具體實(shí)現(xiàn)類是 ReentrantReadWriteLock。synchronized屬于互斥鎖，任何時(shí)候只允許一個(gè)線程的讀寫操作，其他線程必須等待；而ReadWriteLock允許多個(gè)線程獲得讀鎖，但只允許一個(gè)線程獲得寫鎖，效率相對(duì)較高一些。

我們先使用枚舉創(chuàng)建一個(gè)讀寫鎖的單例。代碼如下：

public enum Locker {

    INSTANCE;

    private static final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public Lock writeLock() {
        return lock.writeLock();
    }

}

再在addCount()方法中對(duì)count++;上鎖。示例如下。

public static void addCount() {
    // 上鎖
    Lock writeLock = Locker.INSTANCE.writeLock();
    writeLock.lock();
    count++;
    // 釋放鎖
    writeLock.unlock();
}

使用讀寫鎖的時(shí)候，切記最后要釋放鎖。