主頁 > 知識(shí)庫 > Java線程模型缺陷

Java線程模型缺陷

熱門標(biāo)簽:商丘百應(yīng)電話機(jī)器人有沒有效果 開封便宜外呼系統(tǒng)報(bào)價(jià) 淮南騰訊地圖標(biāo)注 地圖標(biāo)注人員兼職 騰訊地圖標(biāo)注商戶改名注冊入駐 怎樣把地圖標(biāo)注出來 黃石智能營銷電銷機(jī)器人效果 漯河辦理400電話 電話機(jī)器人的特色和創(chuàng)新

  Java 編程語言的線程模型可能是此語言中最薄弱的部分。它完全不適合實(shí)際復(fù)雜程序的要求,而且也完全不是面向?qū)ο蟮摹1疚慕ㄗh對 Java 語言進(jìn)行重大修改和補(bǔ)充,以解決這些問題。

  Java 語言的線程模型是此語言的一個(gè)最難另人滿意的部分。盡管 Java 語言本身就支持線程編程是件好事,但是它對線程的語法和類包的支持太少,只能適用于極小型的應(yīng)用環(huán)境。

  關(guān)于 Java 線程編程的大多數(shù)書籍都長篇累牘地指出了 Java 線程模型的缺陷,并提供了解決這些問題的急救包(Band-Aid/邦迪創(chuàng)可貼)類庫。我稱這些類為急救包,是因?yàn)樗鼈兯芙鉀Q的問題本應(yīng)是由 Java 語言本身語法所包含的。從長遠(yuǎn)來看,以語法而不是類庫方法,將能產(chǎn)生更高效的代碼。這是因?yàn)榫幾g器和 Java 虛擬器 (JVM) 能一同優(yōu)化程序代碼,而這些優(yōu)化對于類庫中的代碼是很難或無法實(shí)現(xiàn)的。

  Allen Holub 指出,在我的《Taming Java Threads 》(請參閱 參考資料 )書中以及本文中,我進(jìn)一步建議對 Java 編程語言本身進(jìn)行一些修改,以使得它能夠真正解決這些線程編程的問題。本文和我這本書的主要區(qū)別是,我在撰寫本文時(shí)進(jìn)行了更多的思考, 所以對書中的提議加以了提高。這些建議只是嘗試性的 -- 只是我個(gè)人對這些問題的想法,而且實(shí)現(xiàn)這些想法需要進(jìn)行大量的工作以及同行們的評(píng)價(jià)。但這是畢竟是一個(gè)開端,我有意為解決這些問題成立一個(gè)專門的工作組,如果您感興趣,請發(fā) e-mail 到 threading@holub.com 。一旦我真正著手進(jìn)行,我就會(huì)給您發(fā)通知。

  這里提出的建議是非常大膽的。有些人建議對 Java 語言規(guī)范 (JLS)(請參閱參考資料 )進(jìn)行細(xì)微和少量的修改以解決當(dāng)前模糊的 JVM 行為,但是我卻想對其進(jìn)行更為徹底的改進(jìn)。

  在實(shí)際草稿中,我的許多建議包括為此語言引入新的關(guān)鍵字。雖然通常要求不要突破一個(gè)語言的現(xiàn)有代碼是正確的,但是如果該語言的并不是要保持不變以至于過時(shí)的話,它就必須能引入新的關(guān)鍵字。為了使引入的關(guān)鍵字與現(xiàn)有的標(biāo)識(shí)符不產(chǎn)生沖突,經(jīng)過細(xì)心考慮,我將使用一個(gè) ($) 字符,而這個(gè)字符在現(xiàn)有的標(biāo)識(shí)符中是非法的。(例如,使用 $task,而不是 task)。此時(shí)需要編譯器的命令行開關(guān)提供支持,能使用這些關(guān)鍵字的變體,而不是忽略這個(gè)美元符號(hào)。

  task(任務(wù))的概念

  Java 線程模型的根本問題是它完全不是面向?qū)ο蟮?。面向?qū)ο?(OO) 設(shè)計(jì)人員根本不按線程角度考慮問題;他們考慮的是同步 信息 異步 信息(同步信息被立即處理 -- 直到信息處理完成才返回消息句柄;異步信息收到后將在后臺(tái)處理一段時(shí)間 -- 而早在信息處理結(jié)束前就返回消息句柄)。Java 編程語言中的 Toolkit.getImage() 方法就是異步信息的一個(gè)好例子。 getImage() 的消息句柄將被立即返回,而不必等到整個(gè)圖像被后臺(tái)線程取回。

  這是面向?qū)ο?(OO) 的處理方法。但是,如前所述,Java 的線程模型是非面向?qū)ο蟮摹R粋€(gè) Java 編程語言線程實(shí)際上只是一個(gè)run() 過程,它調(diào)用了其它的過程。在這里就根本沒有對象、異步或同步信息以及其它概念。

  對于此問題,在我的書中深入討論過的一個(gè)解決方法是,使用一個(gè)Active_object。 active 對象是可以接收異步請求的對象,它在接收到請求后的一段時(shí)間內(nèi)以后臺(tái)方式得以處理。在 Java 編程語言中,一個(gè)請求可被封裝在一個(gè)對象中。例如,你可以把一個(gè)通過 Runnable 接口實(shí)現(xiàn)的實(shí)例傳送給此 active 對象,該接口的 run() 方法封裝了需要完成的工作。該 runnable 對象被此 active 對象排入到隊(duì)列中,當(dāng)輪到它執(zhí)行時(shí),active 對象使用一個(gè)后臺(tái)線程來執(zhí)行它。

  在一個(gè) active 對象上運(yùn)行的異步信息實(shí)際上是同步的,因?yàn)樗鼈儽灰粋€(gè)單一的服務(wù)線程按順序從隊(duì)列中取出并執(zhí)行。因此,使用一個(gè) active 對象以一種更為過程化的模型可以消除大多數(shù)的同步問題。

  在某種意義上,Java 編程語言的整個(gè) Swing/AWT 子系統(tǒng)是一個(gè) active 對象。向一個(gè) Swing 隊(duì)列傳送一條訊息的唯一安全的途徑是,調(diào)用一個(gè)類似SwingUtilities.invokeLater() 的方法,這樣就在 Swing 事件隊(duì)列上發(fā)送了一個(gè) runnable 對象,當(dāng)輪到它執(zhí)行時(shí), Swing 事件處理線程將會(huì)處理它。

  那么我的第一個(gè)建議是,向 Java 編程語言中加入一個(gè)task (任務(wù))的概念,從而將active 對象集成到語言中。( task的概念是從 Intel 的 RMX 操作系統(tǒng)和 Ada 編程語言借鑒過來的。大多數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都支持類似的概念。)

  一個(gè)任務(wù)有一個(gè)內(nèi)置的 active 對象分發(fā)程序,并自動(dòng)管理那些處理異步信息的全部機(jī)制。

  定義一個(gè)任務(wù)和定義一個(gè)類基本相同,不同的只是需要在任務(wù)的方法前加一個(gè)asynchronous 修飾符來指示 active 對象的分配程序在后臺(tái)處理這些方法。

  所有的寫請求都用一個(gè)dispatch() 過程調(diào)用被放在 active-object 的輸入隊(duì)列中排隊(duì)。在后臺(tái)處理這些異步信息時(shí)出現(xiàn)的任何異常 (exception) 都由 Exception_handler 對象處理,此 Exception_handler 對象被傳送到 File_io_task 的構(gòu)造函數(shù)中。

  這種基于類的處理方法,其主要問題是太復(fù)雜了 -- 對于一個(gè)這樣簡單的操作,代碼太雜了。向 Java 語言引入$task 和 $asynchronous 關(guān)鍵字后,就可以按下面這樣重寫以前的代碼:

  注意,異步方法并沒有指定返回值,因?yàn)槠渚浔鷮⒈涣⒓捶祷?,而不用等到請求的操作處理完成后。所以,此時(shí)沒有合理的返回值。對于派生出的模型,$task 關(guān)鍵字和 class 一樣同效: $task 可以實(shí)現(xiàn)接口、繼承類和繼承的其它任務(wù)。標(biāo)有 asynchronous 關(guān)鍵字的方法由 $task 在后臺(tái)處理。其它的方法將同步運(yùn)行,就像在類中一樣。

  $task關(guān)鍵字可以用一個(gè)可選的 $error 從句修飾 (如上所示),它表明對任何無法被異步方法本身捕捉的異常將有一個(gè)缺省的處理程序。我使用 $ 來代表被拋出的異常對象。如果沒有指定 $error 從句,就將打印出一個(gè)合理的出錯(cuò)信息(很可能是堆棧跟蹤信息)。

  注意,為確保線程安全,異步方法的參數(shù)必須是不變 (immutable) 的。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)應(yīng)通過相關(guān)語義來保證這種不變性(簡單的復(fù)制通常是不夠的)。

  所有的 task 對象必須支持一些偽信息 (pseudo-message)。

  除了常用的修飾符(public 等), task 關(guān)鍵字還應(yīng)接受一個(gè) $pooled(n) 修飾符,它導(dǎo)致 task 使用一個(gè)線程池,而不是使用單個(gè)線程來運(yùn)行異步請求。 n 指定了所需線程池的大?。槐匾獣r(shí),此線程池可以增加,但是當(dāng)不再需要線程時(shí),它應(yīng)該縮到原來的大小。偽域 (pseudo-field) $pool_size 返回在 $pooled(n) 中指定的原始 n 參數(shù)值。

  在《Taming Java Threads 》的第八章中,我給出了一個(gè)服務(wù)器端的 socket 處理程序,作為線程池的例子。它是關(guān)于使用線程池的任務(wù)的一個(gè)好例子。其基本思路是產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立對象,它的任務(wù)是監(jiān)控一個(gè)服務(wù)器端的 socket。每當(dāng)一個(gè)客戶機(jī)連接到服務(wù)器時(shí),服務(wù)器端的對象會(huì)從池中抓取一個(gè)預(yù)先創(chuàng)建的睡眠線程,并把此線程設(shè)置為服務(wù)于客戶端連接。socket 服務(wù)器會(huì)產(chǎn)出一個(gè)額外的客戶服務(wù)線程,但是當(dāng)連接關(guān)閉時(shí),這些額外的線程將被刪除。

  Socket_server對象使用一個(gè)獨(dú)立的后臺(tái)線程處理異步的 listen() 請求,它封裝 socket 的“接受”循環(huán)。當(dāng)每個(gè)客戶端連接時(shí), listen() 請求一個(gè) Client_handler 通過調(diào)用 handle() 來處理請求。每個(gè) handle() 請求在它們自己的線程中執(zhí)行(因?yàn)檫@是一個(gè) $pooled 任務(wù))。

  注意,每個(gè)傳送到$pooled $task 的異步消息實(shí)際上都使用它們自己的線程來處理。典型情況下,由于一個(gè) $pooled $task 用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)自主操作;所以對于解決與訪問狀態(tài)變量有關(guān)的潛在的同步問題,最好的解決方法是在 $asynchronous 方法中使用 this 是指向的對象的一個(gè)獨(dú)有副本。這就是說,當(dāng)向一個(gè) $pooled $task 發(fā)送一個(gè)異步請求時(shí),將執(zhí)行一個(gè) clone() 操作,并且此方法的 this 指針會(huì)指向此克隆對象。線程之間的通信可通過對 static 區(qū)的同步訪問實(shí)現(xiàn)。

   改進(jìn)synchronized

  雖然在多數(shù)情況下,$task 消除了同步操作的要求,但是不是所有的多線程系統(tǒng)都用任務(wù)來實(shí)現(xiàn)。所以,還需要改進(jìn)現(xiàn)有的線程模塊。 synchronized 關(guān)鍵字有下列缺點(diǎn): 無法指定一個(gè)超時(shí)值。 無法中斷一個(gè)正在等待請求鎖的線程。 無法安全地請求多個(gè)鎖 。(多個(gè)鎖只能以依次序獲得。)

  解決這些問題的辦法是:擴(kuò)展synchronized 的語法,使它支持多個(gè)參數(shù)和能接受一個(gè)超時(shí)說明(在下面的括弧中指定)。下面是我希望的語法:


  synchronized(x y z)獲得 x、y 和 z 對象的鎖。
  synchronized(x || y || z)獲得 x、y 或 z 對象的鎖。
  synchronized( (x y ) || z)對于前面代碼的一些擴(kuò)展。
  synchronized(...)[1000] 設(shè)置 1 秒超時(shí)以獲得一個(gè)鎖。
  synchronized[1000] f(){...}在進(jìn)入 f() 函數(shù)時(shí)獲得 this 的鎖,但可有 1 秒超時(shí)。


  TimeoutException是 RuntimeException 派生類,它在等待超時(shí)后即被拋出。

  超時(shí)是需要的,但還不足以使代碼強(qiáng)壯。您還需要具備從外部中止請求鎖等待的能力。所以,當(dāng)向一個(gè)等待鎖的線程傳送一個(gè)interrupt() 方法后,此方法應(yīng)拋出一個(gè) SynchronizationException 對象,并中斷等待的線程。這個(gè)異常應(yīng)是 RuntimeException 的一個(gè)派生類,這樣不必特別處理它。

  對synchronized 語法這些推薦的更改方法的主要問題是,它們需要在二進(jìn)制代碼級(jí)上修改。而目前這些代碼使用進(jìn)入監(jiān)控(enter-monitor)和退出監(jiān)控(exit-monitor)指令來實(shí)現(xiàn) synchronized 。而這些指令沒有參數(shù),所以需要擴(kuò)展二進(jìn)制代碼的定義以支持多個(gè)鎖定請求。但是這種修改不會(huì)比在 Java 2 中修改 Java 虛擬機(jī)的更輕松,但它是向下兼容現(xiàn)存的 Java 代碼。

  另一個(gè)可解決的問題是最常見的死鎖情況,在這種情況下,兩個(gè)線程都在等待對方完成某個(gè)操作。

  設(shè)想一個(gè)線程調(diào)用a() ,但在獲得  lock1 之后在獲得 lock2 之前被剝奪運(yùn)行權(quán)。 第二個(gè)線程進(jìn)入運(yùn)行,調(diào)用 b() ,獲得了 lock2 ,但是由于第一個(gè)線程占用 lock1 ,所以它無法獲得 lock1 ,所以它隨后處于等待狀態(tài)。此時(shí)第一個(gè)線程被喚醒,它試圖獲得 lock2 ,但是由于被第二個(gè)線程占據(jù),所以無法獲得。此時(shí)出現(xiàn)死鎖。

  編譯器(或虛擬機(jī))會(huì)重新排列請求鎖的順序,使lock1 總是被首先獲得,這就消除了死鎖。

  但是,這種方法對多線程不一定總成功,所以得提供一些方法來自動(dòng)打破死鎖。一個(gè)簡單的辦法就是在等待第二個(gè)鎖時(shí)常釋放已獲得的鎖。

  如果等待鎖的每個(gè)程序使用不同的超時(shí)值,就可打破死鎖而其中一個(gè)線程就可運(yùn)行。我建議用以下的語法來取代前面的代碼:

  synchronized語句將永遠(yuǎn)等待,但是它時(shí)常會(huì)放棄已獲得的鎖以打破潛在的死鎖可能。在理想情況下,每個(gè)重復(fù)等待的超時(shí)值比前一個(gè)相差一隨機(jī)值。
   改進(jìn)wait() 和 notify()

  wait()/ notify() 系統(tǒng)也有一些問題: 無法檢測 wait() 是正常返回還是因超時(shí)返回。 無法使用傳統(tǒng)條件變量來實(shí)現(xiàn)處于一個(gè)“信號(hào)”(signaled)狀態(tài)。 太容易發(fā)生嵌套的監(jiān)控(monitor)鎖定。

  超時(shí)檢測問題可以通過重新定義wait() 使它返回一個(gè) boolean 變量 (而不是 void ) 來解決。一個(gè) true 返回值指示一個(gè)正常返回,而 false 指示因超時(shí)返回。

  基于狀態(tài)的條件變量的概念是很重要的。如果此變量被設(shè)置成false 狀態(tài),那么等待的線程將要被阻斷,直到此變量進(jìn)入 true 狀態(tài);任何等待 true 的條件變量的等待線程會(huì)被自動(dòng)釋放。 (在這種情況下, wait() 調(diào)用不會(huì)發(fā)生阻斷。)。

  嵌套監(jiān)控鎖定問題非常麻煩,我并沒有簡單的解決辦法。嵌套監(jiān)控鎖定是一種死鎖形式,當(dāng)某個(gè)鎖的占有線程在掛起其自身之前不釋放鎖時(shí),會(huì)發(fā)生這種嵌套監(jiān)控封鎖。

  此例中,在get() 和 put() 操作中涉及兩個(gè)鎖:一個(gè)在 Stack 對象上,另一個(gè)在 LinkedList 對象上。下面我們考慮當(dāng)一個(gè)線程試圖調(diào)用一個(gè)空棧的 pop() 操作時(shí)的情況。此線程獲得這兩個(gè)鎖,然后調(diào)用 wait() 釋放 Stack 對象上 的鎖,但是沒有釋放在 list 上的鎖。如果此時(shí)第二個(gè)線程試圖向堆棧中壓入一個(gè)對象,它會(huì)在 synchronized(list) 語句上永遠(yuǎn)掛起,而且永遠(yuǎn)不會(huì)被允許壓入一個(gè)對象。由于第一個(gè)線程等待的是一個(gè)非空棧,這樣就會(huì)發(fā)生死鎖。這就是說,第一個(gè)線程永遠(yuǎn)無法從 wait() 返回,因?yàn)橛捎谒紦?jù)著鎖,而導(dǎo)致第二個(gè)線程永遠(yuǎn)無法運(yùn)行到 notify() 語句。

  在這個(gè)例子中,有很多明顯的辦法來解決問題:例如,對任何的方法都使用同步。但是在真實(shí)世界中,解決方法通常不是這么簡單。

  一個(gè)可行的方法是,在wait() 中按照反順序釋放當(dāng)前線程獲取的 所有 鎖,然后當(dāng)?shù)却龡l件滿足后,重新按原始獲取順序取得它們。但是,我能想象出利用這種方式的代碼對于人們來說簡直無法理解,所以我認(rèn)為它不是一個(gè)真正可行的方法。如果您有好的方法,請給我發(fā) e-mail。

  我也希望能等到下述復(fù)雜條件被實(shí)現(xiàn)的一天。例如:

  其中a 、 b 和 c 是任意對象。

  修改Thread 類

  同時(shí)支持搶占式和協(xié)作式線程的能力在某些服務(wù)器應(yīng)用程序中是基本要求,尤其是在想使系統(tǒng)達(dá)到最高性能的情況下。我認(rèn)為 Java 編程語言在簡化線程模型上走得太遠(yuǎn)了,并且 Java 編程語言應(yīng)支持 Posix/Solaris 的“綠色(green)線程”和“輕便(lightweight)進(jìn)程”概念(在“(Taming Java Threads ”第一章中討論)。 這就是說,有些 Java 虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)(例如在 NT 上的 Java 虛擬機(jī))應(yīng)在其內(nèi)部仿真協(xié)作式進(jìn)程,其它 Java 虛擬機(jī)應(yīng)仿真搶占式線程。而且向 Java 虛擬機(jī)加入這些擴(kuò)展是很容易的。

  一個(gè) Java 的Thread 應(yīng)始終是搶占式的。這就是說,一個(gè) Java 編程語言的線程應(yīng)像 Solaris 的輕便進(jìn)程一樣工作。 Runnable 接口可以用于定義一個(gè) Solaris 式的“綠色線程”,此線程必需能把控制權(quán)轉(zhuǎn)給運(yùn)行在相同輕便進(jìn)程中的其它綠色線程。

  能有效地為Runnable 對象產(chǎn)生一個(gè)綠色線程,并把它綁定到由 Thread 對象代表的輕便進(jìn)程中。這種實(shí)現(xiàn)對于現(xiàn)有代碼是透明的,因?yàn)樗挠行院同F(xiàn)有的完全一樣。

  把Runnable 對象想成為綠色線程,使用這種方法,只需向 Thread 的構(gòu)造函數(shù)傳遞幾個(gè) Runnable 對象,就可以擴(kuò)展 Java 編程語言的現(xiàn)有語法,以支持在一個(gè)單一輕便線程有多個(gè)綠色線程。(綠色線程之間可以相互協(xié)作,但是它們可被運(yùn)行在其它輕便進(jìn)程 ( Thread 對象) 上的綠色進(jìn)程( Runnable 對象) 搶占。)。例如,下面的代碼會(huì)為每個(gè) runnable 對象創(chuàng)建一個(gè)綠色線程,這些綠色線程會(huì)共享由 Thread 對象代表的輕便進(jìn)程。

  現(xiàn)有的覆蓋(override)Thread 對象并實(shí)現(xiàn) run() 的習(xí)慣繼續(xù)有效,但是它應(yīng)映射到一個(gè)被綁定到一輕便進(jìn)程的綠色線程。(在 Thread() 類中的缺省 run() 方法會(huì)在內(nèi)部有效地創(chuàng)建第二個(gè) Runnable 對象。)

  線程間的協(xié)作

  應(yīng)在語言中加入更多的功能以支持線程間的相互通信。目前,PipedInputStream 和 PipedOutputStream 類可用于這個(gè)目的。但是對于大多數(shù)應(yīng)用程序,它們太弱了。我建議向 Thread 類加入下列函數(shù): 增加一個(gè) wait_for_start() 方法,它通常處于阻塞狀態(tài),直到一個(gè)線程的 run() 方法啟動(dòng)。(如果等待的線程在調(diào)用 run 之前被釋放,這沒有什么問題)。用這種方法,一個(gè)線程可以創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)輔助線程,并保證在創(chuàng)建線程繼續(xù)執(zhí)行操作之前,這些輔助線程會(huì)處于運(yùn)行狀態(tài)。 (向 Object 類)增加 $send (Object o) 和 Object=$receive() 方法,它們將使用一個(gè)內(nèi)部阻斷隊(duì)列在線程之間傳送對象。阻斷隊(duì)列應(yīng)作為第一個(gè) $send() 調(diào)用的副產(chǎn)品被自動(dòng)創(chuàng)建。 $send() 調(diào)用會(huì)把對象加入隊(duì)列。 $receive() 調(diào)用通常處于阻塞狀態(tài),直到有一個(gè)對象被加入隊(duì)列,然后它返回此對象。這種方法中的變量應(yīng)支持設(shè)定入隊(duì)和出隊(duì)的操作超時(shí)能力: $send (Object o, long timeout) 和 $receive (long timeout)。

   對于讀寫鎖的內(nèi)部支持

  讀寫鎖的概念應(yīng)內(nèi)置到 Java 編程語言中。讀寫器鎖在“Taming Java Threads ”(和其它地方)中有詳細(xì)討論,概括地說:一個(gè)讀寫鎖支持多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)對象,但是在同一時(shí)刻只有一個(gè)線程可以修改此對象,并且在訪問進(jìn)行時(shí)不能修改。

  對于一個(gè)對象,應(yīng)該只有在$writing 塊中沒有線程時(shí),才支持多個(gè)線程進(jìn)入 $reading 塊。在進(jìn)行讀操作時(shí),一個(gè)試圖進(jìn)入 $writing 塊的線程會(huì)被阻斷,直到讀線程退出 $reading 塊。 當(dāng)有其它線程處于 $writing 塊時(shí),試圖進(jìn)入 $reading 或 $writing 塊的線程會(huì)被阻斷,直到此寫線程退出 $writing 塊。

  如果讀和寫線程都在等待,缺省情況下,讀線程會(huì)首先進(jìn)行。但是,可以使用$writer_priority 屬性修改類的定義來改變這種缺省方式。

  訪問部分創(chuàng)建的對象應(yīng)是非法的

  當(dāng)前情況下,JLS 允許訪問部分創(chuàng)建的對象。例如,在一個(gè)構(gòu)造函數(shù)中創(chuàng)建的線程可以訪問正被創(chuàng)建的對象,既使此對象沒有完全被創(chuàng)建。

  設(shè)置x 為 -1 的線程可以和設(shè)置 x 為 0 的線程同時(shí)進(jìn)行。所以,此時(shí) x 的值無法預(yù)測。

  對此問題的一個(gè)解決方法是,在構(gòu)造函數(shù)沒有返回之前,對于在此構(gòu)造函數(shù)中創(chuàng)建的線程,既使它的優(yōu)先級(jí)比調(diào)用new 的線程高,也要禁止運(yùn)行它的 run() 方法。

  這就是說,在構(gòu)造函數(shù)返回之前,start() 請求必須被推遲。

  另外,Java 編程語言應(yīng)可允許構(gòu)造函數(shù)的同步。換句話說,下面的代碼(在當(dāng)前情況下是非法的)會(huì)象預(yù)期的那樣工作:

  我認(rèn)為第一種方法比第二種更簡潔,但實(shí)現(xiàn)起來更為困難。

  volatile關(guān)鍵字應(yīng)象預(yù)期的那樣工作

  JLS 要求保留對于 volatile 操作的請求。大多數(shù) Java 虛擬機(jī)都簡單地忽略了這部分內(nèi)容,這是不應(yīng)該的。在多處理器的情況下,許多主機(jī)都出現(xiàn)了這種問題,但是它本應(yīng)由 JLS 加以解決的。如果您對這方面感興趣,馬里蘭大學(xué)的 Bill Pugh 正在致力于這項(xiàng)工作(請參閱參考資料 )。

  訪問的問題

  如果缺少良好的訪問控制,會(huì)使線程編程非常困難。大多數(shù)情況下,如果能保證線程只從同步子系統(tǒng)中調(diào)用,不必考慮線程安全(threadsafe)問題。我建議對 Java 編程語言的訪問權(quán)限概念做如下限制;應(yīng)精確使用 package 關(guān)鍵字來限制包訪問權(quán)。我認(rèn)為當(dāng)缺省行為的存在是任何一種計(jì)算機(jī)語言的一個(gè)瑕疵,我對現(xiàn)在存在這種缺省權(quán)限感到很迷惑(而且這種缺省是“包(package)”級(jí)別的而不是“私有(private)”)。在其它方面,Java 編程語言都不提供等同的缺省關(guān)鍵字。雖然使用顯式的 package 的限定詞會(huì)破壞現(xiàn)有代碼,但是它將使代碼的可讀性更強(qiáng),并能消除整個(gè)類的潛在錯(cuò)誤 (例如,如果訪問權(quán)是由于錯(cuò)誤被忽略,而不是被故意忽略)。 重新引入 private protected ,它的功能應(yīng)和現(xiàn)在的 protected 一樣,但是不應(yīng)允許包級(jí)別的訪問。 允許 private private 語法指定“實(shí)現(xiàn)的訪問”對于所有外部對象是私有的,甚至是當(dāng)前對象是的同一個(gè)類的。對于“.”左邊的唯一引用(隱式或顯式)應(yīng)是 this 。 擴(kuò)展 public 的語法,以授權(quán)它可制定特定類的訪問。例如,下面的代碼應(yīng)允許 Fred 類的對象可調(diào)用 some_method() ,但是對其它類的對象,這個(gè)方法應(yīng)是私有的。

  這種建議不同于 C++ 的 "friend" 機(jī)制。 在 "friend" 機(jī)制中,它授權(quán)一個(gè)類訪問另一個(gè)類的所有 私有部分。在這里,我建議對有限的方法集合進(jìn)行嚴(yán)格控制的訪問。用這種方法,一個(gè)類可以為另一個(gè)類定義一個(gè)接口,而這個(gè)接口對系統(tǒng)的其余類是不可見的。

  除非域引用的是真正不變(immutable)的對象或static final 基本類型,否則所有域的定義應(yīng)是 private 。對于一個(gè)類中域的直接訪問違反了 OO 設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本規(guī)則:抽象和封裝。從線程的觀點(diǎn)來看,允許直接訪問域只使對它進(jìn)行非同步訪問更容易一些。

  增加$property 關(guān)鍵字。帶有此關(guān)鍵字的對象可被一個(gè)“bean 盒”應(yīng)用程序訪問,這個(gè)程序使用在 Class 類中定義的反射操作(introspection) API,否則與 private private 同效。 $property 屬性可用在域和方法,這樣現(xiàn)有的 JavaBean getter/setter 方法可以很容易地被定義為屬性。

  不變性(immutability)

  由于對不變對象的訪問不需要同步,所以在多線程條件下,不變的概念(一個(gè)對象的值在創(chuàng)建后不可更改)是無價(jià)的。Java 編程言語中,對于不變性的實(shí)現(xiàn)不夠嚴(yán)格,有兩個(gè)原因:對于一個(gè)不變對象,在其被未完全創(chuàng)建之前,可以對它進(jìn)行訪問。這種訪問對于某些域可以產(chǎn)生不正確的值。 對于恒定 (類的所有域都是 final) 的定義太松散。對于由 final 引用指定的對象,雖然引用本身不能改變,但是對象本身可以改變狀態(tài)。

  第一個(gè)問題可以解決,不允許線程在構(gòu)造函數(shù)中開始執(zhí)行 (或者在構(gòu)造函數(shù)返回之前不能執(zhí)行開始請求)。

  對于第二個(gè)問題,通過限定final 修飾符指向恒定對象,可以解決此問題。這就是說,對于一個(gè)對象,只有所有的域是 final,并且所有引用的對象的域也都是 final,此對象才真正是恒定的。為了不打破現(xiàn)有代碼,這個(gè)定義可以使用編譯器加強(qiáng),即只有一個(gè)類被顯式標(biāo)為不變時(shí),此類才是不變類。

  有了$immutable 修飾符后,在域定義中的 final 修飾符是可選的。

  最后,當(dāng)使用內(nèi)部類(inner class)后,在 Java 編譯器中的一個(gè)錯(cuò)誤使它無法可靠地創(chuàng)建不變對象。

  既使空的 final 在每個(gè)構(gòu)造函數(shù)中都有初始化,還是會(huì)出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤信息。自從在 1.1 版本中引入內(nèi)部類后,編譯器中一直有這個(gè)錯(cuò)誤。在此版本中(三年以后),這個(gè)錯(cuò)誤依然存在。現(xiàn)在,該是改正這個(gè)錯(cuò)誤的時(shí)候了。

  對于類級(jí)域的實(shí)例級(jí)訪問

  除了訪問權(quán)限外,還有一個(gè)問題,即類級(jí)(靜態(tài))方法和實(shí)例(非靜態(tài))方法都能直接訪問類級(jí)(靜態(tài))域。這種訪問是非常危險(xiǎn)的,因?yàn)閷?shí)例方法的同步不會(huì)獲取類級(jí)的鎖,所以一個(gè)synchronized static 方法和一個(gè) synchronized 方法還是能同時(shí)訪問類的域。改正此問題的一個(gè)明顯的方法是,要求在實(shí)例方法中只有使用 static 訪問方法才能訪問非不變類的 static 域。當(dāng)然,這種要求需要編譯器和運(yùn)行時(shí)間檢查。

  由于f() 和 g() 可以并行運(yùn)行,所以它們能同時(shí)改變 x 的值(產(chǎn)生不定的結(jié)果)。請記住,這里有兩個(gè)鎖: static 方法要求屬于 Class 對象的鎖,而非靜態(tài)方法要求屬于此類實(shí)例的鎖。

  或則,編譯器應(yīng)獲得讀/寫鎖的使用:

  另外一種方法是(這也是一種理想的 方法)-- 編譯器應(yīng) 自動(dòng) 使用一個(gè)讀/寫鎖來同步訪問非不變 static 域,這樣,程序員就不必?fù)?dān)心這個(gè)問題。

  后臺(tái)線程的突然結(jié)束

  當(dāng)所有的非后臺(tái)線程終止后,后臺(tái)線程都被突然結(jié)束。當(dāng)后臺(tái)線程創(chuàng)建了一些全局資源(例如一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接或一個(gè)臨時(shí)文件),而后臺(tái)線程結(jié)束時(shí)這些資源沒有被關(guān)閉或刪除就會(huì)導(dǎo)致問題。

  對于這個(gè)問題,我建議制定規(guī)則,使 Java 虛擬機(jī)在下列情況下不關(guān)閉應(yīng)用程序:有任何非后臺(tái)線程正在運(yùn)行,或者: 有任何后臺(tái)線程正在執(zhí)行一個(gè) synchronized 方法或 synchronized 代碼塊。

  后臺(tái)線程在它執(zhí)行完synchronized 塊或 synchronized 方法后可被立即關(guān)閉。

  重新引入stop() 、 suspend() 和 resume() 關(guān)鍵字

  由于實(shí)用原因這也許不可行,但是我希望不要廢除stop() (在 Thread 和 ThreadGroup 中)。但是,我會(huì)改變 stop() 的語義,使得調(diào)用它時(shí)不會(huì)破壞已有代碼。但是,關(guān)于 stop() 的問題,請記住,當(dāng)線程終止后, stop() 將釋放所有鎖,這樣可能潛在地使正在此對象上工作的線程進(jìn)入一種不穩(wěn)定(局部修改)的狀態(tài)。由于停止的線程已釋放它在此對象上的所有鎖,所以這些對象無法再被訪問。

  對于這個(gè)問題,可以重新定義stop() 的行為,使線程只有在不占有任何鎖時(shí)才立即終止。如果它占據(jù)著鎖,我建議在此線程釋放最后一個(gè)鎖后才終止它。可以使用一個(gè)和拋出異常相似的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)此行為。被停止線程應(yīng)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志,并且當(dāng)退出所有同步塊時(shí)立即測試此標(biāo)志。如果設(shè)置了此標(biāo)志,就拋出一個(gè)隱式的異常,但是此異常應(yīng)不再能被捕捉并且當(dāng)線程結(jié)束時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何輸出。注意,微軟的 NT 操作系統(tǒng)不能很好地處理一個(gè)外部指示的突然停止(abrupt)。(它不把 stop 消息通知?jiǎng)討B(tài)連接庫,所以可能導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)的資源漏洞。)這就是我建議使用類似異常的方法簡單地導(dǎo)致 run() 返回的原因。

  與這種和異常類似的處理方法帶來的實(shí)際問題是,你必需在每個(gè)synchronized 塊后都插入代碼來測試“stopped”標(biāo)志。并且這種附加的代碼會(huì)降低系統(tǒng)性能并增加代碼長度。我想到的另外一個(gè)辦法是使 stop() 實(shí)現(xiàn)一個(gè)“延遲的(lazy)”停止,在這種情況下,在下次調(diào)用 wait() 或 yield() 時(shí)才終止。我還想向 Thread 中加入一個(gè) isStopped() 和 stopped() 方法(此時(shí), Thread 將像 isInterrupted() 和 interrupted() 一樣工作,但是會(huì)檢測 “stop-requested”的狀態(tài))。這種方法不向第一種那樣通用,但是可行并且不會(huì)產(chǎn)生過載。

  應(yīng)把suspend() 和 resume() 方法放回到 Java 編程語言中,它們是很有用的,我不想被當(dāng)成是幼兒園的小孩。由于它們可能產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)(當(dāng)被掛起時(shí),一個(gè)線程可以占據(jù)一個(gè)鎖)而去掉它們是沒有道理的。請讓我自己來決定是否使用它們。如果接收的線程正占據(jù)著鎖,Sun 公司應(yīng)該把它們作為調(diào)用 suspend() 的一個(gè)運(yùn)行時(shí)間異常處理(run-time exception);或者更好的方法是,延遲實(shí)際的掛起過程,直到線程釋放所有的鎖。

  被阻斷的 I/O 應(yīng)正確工作

  應(yīng)該能打斷任何被阻斷的操作,而不是只讓它們wait() 和 sleep() 。我在“ Taming Java Threads ”的第二章中的 socket 部分討論了此問題。但是現(xiàn)在,對于一個(gè)被阻斷的 socket 上的 I/O 操作,打斷它的唯一辦法是關(guān)閉這個(gè) socket,而沒有辦法打斷一個(gè)被阻斷的文件 I/O 操作。例如,一旦開始一個(gè)讀請求并且進(jìn)入阻斷狀態(tài)后,除非到它實(shí)際讀出一些東西,否則線程一直出于阻斷狀態(tài)。既使關(guān)掉文件句柄也不能打斷讀操作。

  還有,程序應(yīng)支持 I/O 操作的超時(shí)。所有可能出現(xiàn)阻斷操作的對象(例如 InputStream 對象)也都應(yīng)支持這種方法。

  這和 Socket 類的setSoTimeout(time) 方法是等價(jià)的。同樣地,應(yīng)該支持把超時(shí)作為參數(shù)傳遞到阻斷的調(diào)用。

  ThreadGroup類

  ThreadGroup應(yīng)該實(shí)現(xiàn) Thread 中能夠改變線程狀態(tài)的所有方法。我特別想讓它實(shí)現(xiàn) join() 方法,這樣我就可等待組中的所有線程的終止。

  總結(jié)

  以上是我的建議。就像我在標(biāo)題中所說的那樣,如果我是國王...(哎)。我希望這些改變(或其它等同的方法)最終能被引入 Java 語言中。我確實(shí)認(rèn)為 Java 語言是一種偉大的編程語言;但是我也認(rèn)為 Java 的線程模型設(shè)計(jì)得還不夠完善,這是一件很可惜的事情。但是,Java 編程語言正在演變,所以還有可提高的前景。

您可能感興趣的文章:
  • 簡單了解Java Netty Reactor三種線程模型
  • java自定義線程模型處理方法分享
  • RxJava2 線程調(diào)度的方法
  • Java線程調(diào)度之線程休眠用法分析
  • 詳解Java中的線程模型與線程調(diào)度

標(biāo)簽:亳州 紅河 拉薩 大興安嶺 武威 鄭州 馬鞍山 岳陽

巨人網(wǎng)絡(luò)通訊聲明:本文標(biāo)題《Java線程模型缺陷》,本文關(guān)鍵詞  Java,線程,模型,缺陷,Java,;如發(fā)現(xiàn)本文內(nèi)容存在版權(quán)問題,煩請?zhí)峁┫嚓P(guān)信息告之我們,我們將及時(shí)溝通與處理。本站內(nèi)容系統(tǒng)采集于網(wǎng)絡(luò),涉及言論、版權(quán)與本站無關(guān)。
  • 相關(guān)文章
  • 下面列出與本文章《Java線程模型缺陷》相關(guān)的同類信息!
  • 本頁收集關(guān)于Java線程模型缺陷的相關(guān)信息資訊供網(wǎng)民參考!
  • 推薦文章