java多线程设计模式——学习笔记(2)Single Threaded Execution Pattern

Single Threaded Execution Pattern是多线程中最为简单的一种模式，其用来限制同时只能让一个线程运行，用于多个线程共享资源(sharedResource)的情况。

文章中举了一个例子来说明该模式的使用。程序模拟3个人频繁经过只能同时通过一个人的门，当人通过门时，程序会在计数器中递增通过人数，并记录通过人员的姓名和地址。

程序中使用的类如下表所示：

名称解说Main创建一个门，并操作三个人不断的穿越门的类Gate表示门的类，当人经过时会记录人的姓名和地址UserThread表示人的类，只负责处理不断的在门间穿越

首先是不使用Single Threaded Execution Pattern的情况：

Main类：

public class Main {    public static void main(String[] args) {        System.out.println("Testing Gate, hit CTRL+C to exit.");        Gate gate = new Gate();        new UserThread(gate, "Alice", "Alaska").start();        new UserThread(gate, "Bobby", "Brazil").start();        new UserThread(gate, "Chris", "Canada").start();    }}

非线程安全(Thread-safe)的Gate类：

public class Gate {    private int counter = 0;    private String name = "Nobody";    private String address = "Nowhere";    public void pass(String name, String address) {        this.counter++;        this.name = name;        this.address = address;        check();    }    public String toString() {        return "No." + counter + ": " + name + ", " + address;    }    private void check() {        if (name.charAt(0) != address.charAt(0)) {            System.out.println("***** BROKEN ***** " + toString());        }    }}

其中check()方法是来检测门的状态的，如果姓名和地址的首字母不一致，则表示记录有问题，打印出BROKEN。

UserThread类：

package com.hik.test;public class UserThread extends Thread {    private final Gate gate;    private final String myname;    private final String myaddress;    public UserThread(Gate gate, String myname, String myaddress) {        this.gate = gate;        this.myname = myname;        this.myaddress = myaddress;    }    public void run() {        System.out.println(myname + " BEGIN");        while (true) {            gate.pass(myname, myaddress);        }    }}

运行结果：

**** BROKEN ***** No.654810203: Alice, Alaska
***** BROKEN ***** No.654810878: Chris, Canada
***** BROKEN ***** No.654811529: Chris, Alaska
***** BROKEN ***** No.654802550: Bobby, Canada
***** BROKEN ***** No.654812495: Alice, Brazil
***** BROKEN ***** No.654811529: Chris, Alaska
***** BROKEN ***** No.654813485: Chris, Canada
***** BROKEN ***** No.654814227: Alice, Alaska
***** BROKEN ***** No.654814972: Alice, Alaska
***** BROKEN ***** No.654815613: Alice, Alaska

可以看到，运算结果出现了错误，一种情况是即使姓名和地址的首字母一致，但还是打印出了BROKEN，另一种情况就是姓名和地址的首字母不一致的情况。

为什么会出现这种情况？

因为pass方法可以同时被多个线程调用，多个线程调用pass方法时，里面的语句可能是交错运行的，这就有可能出现姓名和地址的首字母不一致的情况。情况有可能如下图所示：

因为，所有线程都是调用同一个pass方法，它们之间是共享的关系，为了避免上述情况的发生，就必须保证同一时间只能有一个线程在访问pass方法。因此，可以将Gate类改为线程安全的类：

public class Gate {    private int counter = 0;    private String name = "Nobody";    private String address = "Nowhere";    public synchronized void pass(String name, String address) {        this.counter++;        this.name = name;        this.address = address;        check();    }    public synchronized String toString() {        return "No." + counter + ": " + name + ", " + address;    }    private void check() {        if (name.charAt(0) != address.charAt(0)) {            System.out.println("***** BROKEN ***** " + toString());        }    }}

先来看下运行结果：

Testing Gate, hit CTRL+C to exit.
Alice BEGIN
Bobby BEGIN
Chris BEGIN

(无论等多久，都不会打印出BROKEN)

运行结果正确。通过比较两个Gate类，可以发现，线程安全的Gate类只改了一点点，就是在pass()方法和toString()方法前面加上了synchronized关键字，因为synchronized方法可以保证同一时间只有一个线程可以执行它。

这样我们就完成了一个Single Threaded Execution Pattern。当然这过程中我们还需要注意几点：

1. 死锁 

所谓死锁，就是指两个线程分别获取了锁定，互相等待另一个线程解除锁定的现象。举个例子，Alice和Bobby同吃一盘意大利面，桌上只有一只汤勺和一只叉子，吃意大利面时，必须同时使用汤勺和叉子，某一时刻，Alice拿着汤勺，Bobby拿着叉子，它们都在等待对方放下手中的餐具，这样，你等我，我等你，就陷入了死锁的情况。

当满足以下条件时，就可能出现死锁的情况：

(1)多个sharedResource参与者，相当于汤勺和叉子

(2)线程锁定一个sharedResource时，还没解除就去锁定另一个sharedResource。就相当于握着汤勺想着去拿对方的叉子

(3)sharedResource的角色是对等的，就像“拿汤勺—>拿叉子”和“拿叉子—>拿汤勺”这两个动作可能同时发生

(1)(2)(3)中只要破坏一种条件，就可避免死锁

2. 该以什么单位保护

对于Gate类，name和Address非得合在一起赋值不可，将pass方法定义成synchronized方法，就是为了防止多个线程穿插执行赋值语句，如果单独定义setName，setAddress这样的synchronized方法，线程对字段赋值的操作就被分散了，就不安全了

差不多就是这些了，这个模式算是比较简单了，后面还有更难的模式等着我呢，继续加油吧！