这个Java线程锁定概念不好吗？

问题描述 投票：2回答：4

我将尝试简要解释一个线程锁定概念，我用一个例子提出了这个概念。请考虑以下示例程序。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Data();

        while (true) {
            doStuff();
            doStuff();

            for (int i = 0; i < 256; i++) {
                System.out.println("Data " + i + ": " + data.get(i));
            }

            doStuff();
            doStuff();

            for (int i = 0; i < 256; i++) {
                data.set(i, (byte) (data.get(i) + 1));
            }

            doStuff();
            doStuff();
        }
    }

    public static void doStuff() {
        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class Data {
    private final byte[] data = new byte[256];

    public byte get(int i) {
        return data[i];
    }

    public void set(int i, byte data) {
        this.data[i] = data;
    }
}

重要的是只有主线程修改data。现在我想制作打印data异步的循环。

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Data data = new Data();

        while (true) {
            doStuff();
            doStuff();

            executorService.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < 256; i++) {
                        System.out.println("Data " + i + ": " + data.get(i));
                    }
                }
            });

            doStuff();
            doStuff();

            for (int i = 0; i < 256; i++) {
                data.set(i, (byte) (data.get(i) + 1));
            }

            doStuff();
            doStuff();
        }
    }

在将任务提交到executorService之后，主线程现在可以根据需要继续工作。问题是，主线程可能会在打印之前达到修改data的点，但是在提交时应打印data的状态。

我知道在这种情况下，我可以在提交之前创建data的副本，但是这不是我想要做的。请记住，这仅仅是一个例子，在真实代码中复制可能是一项昂贵的操作。

这是我为此问题提出的解决方案。

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Data data = new Data();
        Lock lock = new Lock(); // <---------------

        while (true) {
            doStuff();
            doStuff();

            lock.lock(); // <---------------
            executorService.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 0; i < 256; i++) {
                        System.out.println("Data " + i + ": " + data.get(i));
                    }

                    lock.unlock(); // <---------------
                }
            });

            doStuff();
            doStuff();

            lock.waitUntilUnlock(); // <---------------
            for (int i = 0; i < 256; i++) {
                data.set(i, (byte) (data.get(i) + 1));
            }

            doStuff();
            doStuff();
        }
    }

public class Lock {
    private final AtomicInteger lockCount = new AtomicInteger();

    public void lock() {
        lockCount.incrementAndGet();
    }

    public synchronized void unlock() {
        lockCount.decrementAndGet();
        notifyAll();
    }

    public synchronized void waitUntilUnlock() {
        while (lockCount.get() > 0) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {

            }
        }
    }
}

现在主线程可以在提交data后继续处理其他内容。至少它可以到达它修改data的点。

问题：这是一个好的还是坏的设计？或者这个问题有更好的（已经存在的）实现吗？

请注意，ReentrantLock在这种情况下不会工作。我必须在提交主线程之前锁定并释放执行程序线程上的锁。

java multithreading locking executorservice
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Java具有更高级别的同步抽象。一般来说，你应该真的避免使用wait（）和notifyAll（），它们太低级且复杂，无法正确使用和读取。

在这种情况下，您可以在两个线程之间使用共享阻塞队列（synchronous queue看起来适合我）：

    ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
    Data data = new Data();
    SynchronousQueue queue = new SynchronousQueue();

    while (true) {
        doStuff();
        doStuff();

        executorService.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 256; i++) {
                    System.out.println("Data " + i + ": " + data.get(i));
                }
                queue.put(data);
            }
        });

        doStuff();
        doStuff();

        data = queue.take();
        for (int i = 0; i < 256; i++) {
            data.set(i, (byte) (data.get(i) + 1));
        }

        doStuff();
        doStuff();
    }
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您希望异步构建此Data事物，并且主线程希望能够继续到某个点，然后需要获取已完成的对象。这就是Futures的用途，它为您提供了尚未完成的计算的参考。

将async部分重写为Callable，以便它返回Data作为结果。

Callable<Integer> task = () -> {
    Data data = new Data();
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        System.out.println("Data " + i + ": " + data.get(i));
    }
    return data;
};

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<Data> future = executor.submit(task);
doStuff();
// ... main thread goes about its business

// when you get to a point where you need data, 
// you can block here until the computation is done
Data data = future.get();

这样，Future处理确保Data对象在线程中可见。

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我找到了另一种解决问题的方法，它也回答了我对@JB Nizet的回答。 ExecutorService#submit(Runnable)返回一个Future<?>，可用于等待任务准备就绪。如果多个提交应该是可能的，可以创建一个Queue<Future<?>> queue，总是提供由Future<?>返回到ExecutorService#submit(Runnable)的queue，并且在主线程应该等待#poll().get()整个queue的点。

编辑：我在这里也找到了一个相关的答案：https://stackoverflow.com/a/20496115/3882565

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这基本同步似乎已经足够好了：doStuff希望能够单独访问数据，大概可以安全地修改数据。与此同时，doPrint预计将运行稳定的数据。在这两种情况下，数据是控制访问的状态单元，适当的锁定技术是在正在访问的数据实例上进行同步。

public void runningInThread1() {
    Data someData = getData(); // Obtain the data which this thread is using
    doStuff(someData); // Update the data
    // Looping and such omitted.
}

public void runningInThread2() {
    Data someData = getData();
    doPrint(someData); // Display the data
}

public void doStuff(Data data) {
    synchronized ( data ) {
        // Do some stuff to the data
    }
}

public void doPrint(Data data) {
    synchronized ( data ) {
        // Display the data
    }
}

或者，如果将doStuff和doPrint实现为Data的实例方法，则可以通过将synchronized关键字添加到实例方法来实现同步。

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