Doug Lea

State University of New York at Oswego

[email protected]

http://gee.cs.oswego.edu

翻译：

Cocia Lin([email protected])

Huihoo.org

原文

http://gee.cs.oswego.edu/dl/cpjslides/util.pdf

要点

--目标和结构

--主要的接口和实现

Sync:获得/释放(acquire/release) 协议

Channel:放置/取走(put/take) 协议

Executor:执行Runnable任务

--每一个部分都有一些关联的接口和支持类

--简单的涉及其他的类和特性

目标

--一些简单的接口

-但是覆盖大部分程序员需要小心处理代码的问题

-- 高质量实现

-正确的，保守的，有效率的，可移植的

--可能作为将来标准的基础

-获取经验和收集反馈信息

Sync

-- acquire/release协议的主要接口

-用来定制锁，资源管理，其他的同步用途

- 高层抽象接口

- 没有区分不同的加锁用法

--实现

-Mutex, ReentrantLock, Latch, CountDown,Semaphore, WaiterPreferenceSemaphore,FIFOSemaphore, PrioritySemaphore

n   还有，有几个简单的实现，例如ObservableSync, LayeredSync

独占锁

try {

lock.acquire();

try {

action();

}

finally {

lock.release();

}

}

catch (InterruptedException ie) { ... }

-- Java同步块不适用的时候使用它

- 超时，回退(back-off)

- 确保可中断

- 大量迅速锁定

- 创建Posix风格应用(condvar)

独占例子

class ParticleUsingMutex {

int x; int y;

final Random rng = new Random();

final Mutex mutex = new Mutex();

public void move() {

try {

mutex.acquire();

try { x += rng.nextInt(2)-1; y += rng.nextInt(2)-1; }

finally { mutex.release(); }

}

catch (InterruptedException ie) {

Thread.currentThread().interrupt(); }

}

public void draw(Graphics g) {

int lx, ly;

try {

mutex.acquire();

try { lx = x; ly = y; }

finally { mutex.release(); }

}

catch (InterruptedException ie) {

Thread.currentThread().interrupt(); return; }

g.drawRect(lx, ly, 10, 10);

}

}

回退(Backoff)例子

class CellUsingBackoff {

private long val;

private final Mutex mutex = new Mutex();

void swapVal(CellUsingBackoff other)

throws InterruptedException {

if (this == other) return; // alias check

for (;;) {

mutex.acquire();

try {

I f (other.mutex.attempt(0)) {

try {

long t = val;

val = other.val;

other.val = t;

return;

}

finally { other.mutex.release(); }

}

}

finally { mutex.release(); };

Thread.sleep(100); // heuristic retry interval

}

}

}

读写锁

interface ReadWriteLock {

Sync readLock();

Sync writeLock();

}

-- 管理一对锁

- 和普通的锁一样的使用习惯

-- 对集合类很有用

-半自动的方式实现SyncSet, SyncMap, ...

-- 实现者使用不同的锁策略

- WriterPreference, ReentrantWriterPreference,

ReaderPreference, FIFO

ReadWriteLock例子

-- 示范在读写锁中执行任何Runnable的包装类

class WithRWLock {

final ReadWriteLock rw;

public WithRWLock(ReadWriteLock l) { rw = l; }

public void performRead(Runnable readCommand)

throws InterruptedException {

rw.readLock().acquire();

try { readCommand.run(); }

finally { rw.readlock().release(); }

}

public void performWrite(...) // similar

}

闭锁(Latch)

-- 闭锁是开始时设置为false,但一旦被设置为true，他将永远保持true状态

- 初始化标志

- 流结束定位

- 线程中断

- 事件出发指示器

-- CountDown和他有点类似，不同的是，CountDown需要一定数量的触发设置，而不是一次

-- 非常简单，但是广泛使用的类

- 替换容易犯错的开发代码

Latch Example 闭锁例子

class Worker implements Runnable {

Latch startSignal;

Worker(Latch l) { startSignal = l; }

public void run() {

startSignal.acquire();

// ... doWork();

}

}

class Driver { // ...

void main() {

Latch ss = new Latch();

for (int i = 0; i < N; ++i) // make threads

new Thread(new Worker(ss)).start();

doSomethingElse(); // don’t let run yet

ss.release(); // now let all threads proceed

}

}

信号(Semaphores)

-- 服务于数量有限的占有者

- 使用许可数量构造对象(通常是0)

- 如果需要一个许可才能获取，等待，然后取走一个许可

- 释放的时候将许可添加回来

-- 但是真正的许可并没有转移(But no actual permits change hands.)

- 信号量仅仅保留当前的计数值

-- 应用程序

- 锁：一个信号量可以被用作互斥体(mutex)

- 一个独立的等待缓存或者资源控制的操作

- 设计系统是想忽略底层的系统信号

-- (phores ‘remember’ past signals)记住已经消失的信号量

信号量例子

class Pool {

ArrayList items = new ArrayList();

HashSet busy = new HashSet();

final Semaphore available;

public Pool(int n) {

available = new Semaphore(n);

// ... somehow initialize n items ...;

}

public Object getItem() throws InterruptedException {

available.acquire();

return doGet();

}

public void returnItem(Object x) {

if (doReturn(x)) available.release();

}

synchronized Object doGet() {

Object x = items.remove(items.size()-1);

busy.add(x); // put in set to check returns

return x;

}

synchronized boolean doReturn(Object x) {

return busy.remove(x); // true if was present

}

}

屏障(Barrier)

-- 多部分同步接口

- 每一部分都必须等待其他的分不撞倒屏障

-- CyclicBarrier类

- CountDown的一个可以重新设置的版本

- 对于反复划分算法很有用(iterative partitioning algorithms)

-- Rendezvous类

- 一个每部分都能够和其他部分交换信息的屏障

- 行为类似同时的在一个同步通道上put和take

- 对于资源交换协议很有用(resource-exchange protocols)

通道(Channel)

--为缓冲，队列等服务的主接口

-- 具体实现

- LinkedQueue, BoundedLinkedQueue,BoundedBuffer, BoundedPriorityQueue,SynchronousChannel, Slot

通道属性

-- 被定义为Puttable和Takable的子接口

- 允许安装生产者/消费者模式执行

-- 支持可超时的操作offer和poll

- 当超时值是0时，可能会被阻塞

- 所有的方法能够抛出InterruptedException异常

-- 没有接口需要size方法

- 但是一些实现定义了这个方法

- BoundedChannel有capacity方法

通道例子

class Service { // ...

final Channel msgQ = new LinkedQueue();

public void serve() throws InterruptedException {

String status = doService();

msgQ.put(status);

}

public Service() { // start background thread

Runnable logger = new Runnable() {

public void run() {

try {

for(;;)

System.out.println(msqQ.take());

}

catch(InterruptedException ie) {} }

};

new Thread(logger).start();

}

}

运行器(Executor)

-- 类似线程的类的主接口

- 线程池

- 轻量级运行框架

- 可以定制调度算法

-- 只需要支持execute(Runnable r)

- 同Thread.start类似

-- 实现

- PooledExecutor, ThreadedExecutor,QueuedExecutor, FJTaskRunnerGroup

- 相关的ThreadFactory类允许大多数的运行器通过定制属性使用线程

PooledExecutor

-- 一个可调的工作者线程池，可修改得属性如下：

- 任务队列的类型

- 最大线程数

- 最小线程数

- 预热(预分配)和立即(分配)线程

- 保持活跃直到工作线程结束

-- 以后如果需要可能被一个新的代替

- 饱和(Saturation)协议

-- 阻塞，丢弃，生产者运行，等等

PooledExecutor例子

class WebService {

public static void main(String[] args) {

PooledExecutor pool =

new PooledExecutor(new BoundedBuffer(10), 20);

pool.createThreads(4);

try {

ServerSocket socket = new ServerSocket(9999);

for (;;) {

final Socket connection = socket.accept();

pool.execute(new Runnable() {

public void run() {

new Handler().process(connection);

}});

}

}

catch(Exception e) { } // die

}

}

class Handler { void process(Socket s); }

前景(Future)和可调用(Callable)

-- Callabe是类似于Runnable的接口，用来作为参数和传递结果

interface Callable {

Object call(Object arg) throws Exception;

}

-- FutureResult管理Callable的异步执行

class FutureResult { // ...

// block caller until result is ready

public Object get()

throws InterruptedException, InvocationTargetException;

public void set(Object result); // unblocks get

// create Runnable that can be used with an Executor

public Runnable setter(Callable function);

}

FutureResult例子

class ImageRenderer { Image render(byte[] raw); }

class App { // ...

Executor executor = ...; // any executor

ImageRenderer renderer = new ImageRenderer();

public void display(byte[] rawimage) {

try {

FutureResult futureImage = new FutureResult();

Runnable cmd = futureImage.setter(new Callable(){

public Object call() {

return renderer.render(rawImage);

}});

executor.execute(cmd);

drawBorders(); // do other things while executing

drawCaption();

drawImage((Image)(futureImage.get())); // use future

}

catch (Exception ex) {

cleanup();

return;

}

}

}

其他的类

-- CopyOnWriteArrayList

- 支持整个集合复制时每一个修改的无锁访问

- 适合大多数的多路广播应用程序

-- 工具包还包括了一个java.beans多路广播类的COW版本

-- SynchronizedDouble, SynchronizedInt,SynchronizedRef, etc

- 类似于java.lang.Double，提供可变操作的同步版本.例如，addTo,inc

- 添加了一些象swap,commit这样的实用操作

未来计划

-- 并发数据构架

- 一组繁重线程连接环境下有用的工具集合

--支持侧重I/O的程序

- 事件机制的IO系统

-- 小版本的实现

- 例如SingleSourceQueue

--小幅度的改善

- 使运行器更容易使用

-- 替换

- JDK1.3 java.util.Timer 被ClockDaemon取代