hjack 发表于 2005-12-10 16:49

JAVA多线程设计模式--Single Threaded Execution Pattern

这种模式，一种形像的比喻是：这是一条独木桥，能通过这座桥的只有一个人。[图一]
Single Threaded Execution Pattern是多线程程序设计的基础。

http://photoimg36.qq.com/cgi-bin/load_pic?verify=nQOkSIQcmbZ2eJCNjPBDBQ%3D%3D

问题提出：若多个线程都擅自更改实例的状态，实例会丧失安全性。
例子：不使用Single Threaded Execution Pattern的范例。
用到三个类来测试
独木桥类

/**
* Bridge类，用来表示行人要通过的独木桥
*/
package single;

public class Bridge {

        private int counter = 0;
        private String name = "nobody";
        private String address = "nowhere";
       
        /**
       * 为通过桥的行人进行统计，并把参数传入的name与address拷贝到对应字段。
       * @param name
       * @param address
       */
        public void pass(String name,String address){
                this.counter++;
                this.name = name;
                this.address = address;
                check();
        }
       
        /**
       * 显示桥的状态
       */
        public String toString(){
                return "NO."+counter+":"+name+","+address;
        }
       
        /**
       * 检查桥的状态是否正常，如果行人的第一个字符与出生地的第一个字符不一样
       * 则表示出错，桥会损坏。
       */
        private void check(){
                if(name.charAt(0)!=address.charAt(0)){
                        System.out.println("******broken******"+toString());
                }
        }
}


用户类

/**
* 用户类，表示不断过桥的行人。
*/
package single;

public class UserThread extends Thread {

        private final Bridge bridge;
        private final String myName;
        private final String myAddress;
       
        public UserThread(Bridge bridge,String myName,String myAddress){
                this.bridge = bridge;
                this.myName = myName;
                this.myAddress = myAddress;
        }
       
        /**
       * 覆写父类的run方法，该行人不断地过桥。
       */
        public void run(){
                System.out.println(myName+" begin");
                while(true){
                        bridge.pass(myName,myAddress);
                }
        }

}


Main类

/**
* 主函数类，用来创建线程
*/
package single;

public class Main {

        /**
       * 创建一条桥，让三个人不断地过桥。为了编程方便,把三个人的姓名与出生地的

第一个字母设为相同.
       * @param args
       */
        public static void main(String[] args) {
                // TODO 自动生成方法存根
                Bridge bridge = new Bridge();
                new UserThread(bridge,"Apple","America").start();
                new UserThread(bridge,"Banana","Britain").start();
                new UserThread(bridge,"Cat","China").start();
        }

}


看看运行结果:的确出错了.这次运行中,当第1733157个人过桥时出错了.

Apple begin
Banana begin
******broken******NO.1733157:Banana,Britain
Cat begin
******broken******NO.7468948:Banana,Britain
******broken******NO.8698628:Cat,America
******broken******NO.12099426:Cat,China
******broken******NO.13232825:Apple,America
******broken******NO.15602934:Cat,China
******broken******NO.28252490:Apple,America
******broken******NO.29486261:Banana,Britain
******broken******NO.35275950:Cat,China
******broken******NO.36112088:Banana,America
******broken******NO.37137157:Apple,America


为什么会出错?
因为pass方法可被三个线程调用,pass方法的几条语句可能是交错依次执行的.
考虑两个线程的情况如下:
线程Apple         线程Banana            this.name值      this.address值
this.counter++;   this.counter++;       (之前的值)       (之前的值)
                         this.name=name;    "Banana"         (之前的值)
this.name=name;                           "Apple"         (之前的值)
this.address=address;                        "Apple"         "America"
                     this.address=address; "Apple"         "Britain"
check();          check();                     "Apple"         "Britain"
                                    ******broken*******

[ Last edited by hjack on 2005-12-10 at 16:54 ]

hjack 发表于 2005-12-10 16:53

解决方案：找出实例状态的不稳定的范围即临界区，对临界区加以防护，使同时执行的线程

保持在只有一条的情况。
修改Bridge类,使它成为线程安全的类.在pass与toString两个方法前面加上关键字

synchronized.
修改过的Bridge类如下:

/**
* Bridge类，用来表示行人要通过的独木桥
*/
package single;

public class Bridge {

        private int counter = 0;
        private String name = \"nobody\";
        private String address = \"nowhere\";
       
        /**
       * 为通过桥的行人进行统计，并把参数传入的name与address拷贝到对应字段。
       * @param name
       * @param address
       */
        public synchronized void pass(String name,String address){
                this.counter++;
                this.name = name;
                this.address = address;
                check();
        }
       
        /**
       * 显示桥的状态
       */
        public synchronized String toString(){
                return \"NO.\"+counter+\":\"+name+\",\"+address;
        }
       
        /**
       * 检查桥的状态是否正常，如果行人的第一个字符与出生地的第一个字符不一样
       * 则表示出错，桥会损坏。
       */
        private void check(){
                if(name.charAt(0)!=address.charAt(0)){
                        System.out.println(\"******broken******\"+toString());
                }
        }
}


再执行,则无论等多久都不会出现borken.
Apple begin
Banana begin
Cat begin

为什么可以这样做?
声明为synchronized的方法能够保证同一时间只有一个线程可以执行它.有点类似操作系统里说到的信号量的同步互斥.
当线程Apple执行方法pass时,会获得对象的锁定,线程Banana就会在pass方法的入口处被阻挡下来,直到线程Apple执行完pass方法并解除锁定.线程Banana才可以开始执行pass方法.

[ Last edited by hjack on 2005-12-10 at 16:56 ]

wool王 发表于 2005-12-10 20:56

我来支持了。

这个例子举得挺好，就是楼主画的图。。。我看了想笑。哈哈。

wool王 发表于 2005-12-10 21:05

是不是toString方法可以不修饰成synchronized呢？

因为toString方法在check方法被invoke，check在pass方法被invoke，而线程类只invoke pass方法，所以pass方法修饰成synchronized不就可以了？因为调用到toString的时候线程肯定得老老实实的排队的。

或者hjack你是出于其他哪方面考虑呢？

hjack 发表于 2005-12-10 22:18

呵呵,wool说得有道理,如果invoke可以传递的话,pass方法已是synchronized ,check方法被invoke,而toSting方法是在check里会调用.
我当时是这样想的,check方法没有设置为synchronized ,那么在check里调用toString就可能会出现线程不安全,但按照check是线程安全地访问的话,它里面的函数也应该是线程安全的吧.

wool王 发表于 2005-12-10 23:32

Originally posted by hjack at 2005/12/10 14:18:
呵呵,wool说得有道理,如果invoke可以传递的话,pass方法已是synchronized ,check方法被invoke,而toSting方法是在check里会调用.
我当时是这样想的,check方法没有设置为synchronized ,那么在check里调用toString就 ...

嗯。感觉你将toString设置成public（覆盖Object的方法），估计是会被外部类调用到的吧，那保证他是线程安全的还是必要的，所以加synchronized还是有意义的，我这么认为。

powerwind 发表于 2006-4-19 00:31

这两天在看<<JAVA多线程设计模式>>这本书.关于楼主讨论的这个问题,书的后面习题要求改写Gate类,使找出错误时,counter的值能够更小.我当时不明,直接去看它的答案,它给出的是在check();调用前加上:

this.name = name;
this.address = address;
try
{
       Thread.sleep(1000);
}catch (InterruptedException ie){}
check();

结果我等了半天也不见有错误出现.
后来才知道,原来要这样改:

this.name = name;
try
{
       Thread.sleep(1000);
}catch (InterruptedException ie){}
this.address = address;
check();

wool王 发表于 2006-4-19 11:48

楼上什么意思?看不太明白.

powerwind 发表于 2006-4-19 12:45

在没有加synchronized前,会有这样的输出

Apple begin
Banana begin
******broken******NO.1733157:Banana,Britain
Cat begin
******broken******NO.7468948:Banana,Britain
******broken******NO.8698628:Cat,America
******broken******NO.12099426:Cat,China
******broken******NO.13232825:Apple,America
******broken******NO.15602934:Cat,China
******broken******NO.28252490:Apple,America
******broken******NO.29486261:Banana,Britain
******broken******NO.35275950:Cat,China
******broken******NO.36112088:Banana,America
******broken******NO.37137157:Apple,America

如果改动Gate类,则可能输出的NO.*****,(****这个值很小),不用运行到1733157这个值

sasadong 发表于 2006-4-19 15:25

不懂java，不过楼主举例很好。

很久没上来水了。

powerwind 发表于 2006-4-20 22:23

原帖由 wool王 于 2006-4-19 11:48 发表
楼上什么意思?看不太明白.

Sorry,我搞错了.我看的那本书是说到Gate类,在这里讨论的应该是Bridge类.
以上只要提到Gate类的都应改为Bridge类.

wool王 发表于 2006-4-20 23:19

呵呵,,,怪不得...我看得一头雾水
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