图解Java多线程设计模式

序章1 Java线程 1

I1.1 Java线程 2

I1.2 何谓线程 2

明为跟踪处理流程，实为跟踪线程 2

单线程程序 3

多线程程序 4

Thread类的run方法和start方法 5

I1.3 线程的启动 9

线程的启动（1）——利用Thread类的子类 9

线程的启动（2）——利用Runnable接口 10

I1.4 线程的暂停 12

I1.5 线程的互斥处理 13

synchronized方法 14

synchronized代码块 17

I1.6 线程的协作 18

等待队列——线程休息室 19

wait方法——将线程放入等待队列 19

notify方法——从等待队列中取出线程 21

notifyAll方法——从等待队列中取出所有线程 23

wait、notify、notifyAll是Object类的方法 24

I1.7 线程的状态迁移 24

I1.8 线程相关的其他话题 26

I1.9 本章所学知识 26

I1.10 练习题 26

序章2 多线程程序的评价标准 31

I2.1 多线程程序的评价标准 32

安全性——不损坏对象 32

生存性——必要的处理能够被执行 32

可复用性——类可重复利用 33

性能——能快速、大批量地执行处理 33

评价标准总结 33

I2.2 本章所学知识 34

I2.3 练习题 34

第1章 Single Threaded Execution模式——能通过这座桥的只有一个人 35

1.1 Single Threaded Execution模式 36

1.2 示例程序1：不使用Single Threaded Execution模式的程序 36

Main类 37

非线程安全的Gate类 37

UserThread类 38

执行起来看看……出错了 39

为什么会出错呢 40

1.3 示例程序2：使用Single Threaded Execution模式的程序 41

线程安全的Gate类 41

synchronized的作用 42

1.4 Single Threaded Execution模式中的登场角色 43

1.5 拓展思路的要点 44

何时使用（可使用Single Threaded Execution模式的情况） 44

生存性与死锁 45

可复用性和继承反常 46

临界区的大小和性能 46

1.6 相关的设计模式 47

Guarded Suspension模式 47

Read-Write Lock模式 47

Immutable模式 47

Thread-Specific Storage模式 48

1.7 延伸阅读1：关于synchronized 48

synchronized语法与Before/After模式 48

synchronized在保护着什么 49

该以什么单位来保护呢 50

使用哪个锁保护 50

原子操作 51

long与double的操作不是原子的 51

1.8 延伸阅读2：java.util.concurrent包和计数信号量 52

计数信号量和Semaphore类 52

使用Semaphore类的示例程序 52

1.9 本章所学知识 55

1.10 练习题 55

第2章 Immutable模式——想破坏也破坏不了 61

2.1 Immutable模式 62

2.2 示例程序 62

使用Immutable模式的Person类 62

Main类 63

PrintPersonThread类 63

2.3 Immutable模式中的登场角色 65

2.4 拓展思路的要点 66

何时使用（可使用Immutable模式的情况） 66

考虑成对的mutable类和immutable类 [性能] 66

为了确保不可变性 [可复用性] 67

标准类库中用到的Immutable模式 67

2.5 相关的设计模式 69

Single Threaded Execution模式 69

Read-Write Lock模式 69

Flyweight模式 69

2.6 延伸阅读1：final 69

final的含义 69

2.7 延伸阅读2：集合类与多线程 71

示例1：非线程安全的java.util.ArrayList类 71

示例2：利用Collections.synchronizedList方法所进行的同步 74

示例3：使用copy-on-write的java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList类 75

2.8 本章所学知识 76

2.9 练习题 77

第3章 Guarded Suspension模式——等我准备好哦 81

3.1 Guarded Suspension模式 82

3.2 示例程序 82

Request类 83

RequestQueue类 84

ClientThread类 85

ServerThread类 85

Main类 86

java.util.Queue与java.util.LinkedList的操作 87

getRequest详解 87

putRequest详解 89

synchronized的含义 89

wait与锁 89

3.3 Guarded Suspension模式中的登场角色 90

3.4 拓展思路的要点 91

附加条件的synchronized 91

多线程版本的if 91

忘记改变状态与生存性 91

wait与notify/notifyAll的责任 [可复用性] 91

各种称呼 91

使用java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue的示例程序 93

3.5 相关的设计模式 94

Single Threaded Execution模式 94

Balking模式 94

Producer-Consumer模式 94

Future模式 94

3.6 本章所学知识 95

3.7 练习题 95

第4章 Balking模式——不需要就算了 99

4.1 Balking模式 100

4.2 示例程序 100

Data类 100

SaverThread类 102

ChangerThread类 102

Main类 103

4.3 Balking模式中的登场角色 105

4.4 拓展思路的要点 106

何时使用（可使用Balking模式的情况） 106

balk结果的表示方式 107

4.5 相关的设计模式 107

Guarded Suspension模式 107

Observer模式 107

4.6 延伸阅读：超时 108

Balking模式和Guarded Suspension模式之间 108

wait何时终止呢 108

guarded timed的实现（使用wait） 109

synchronized中没有超时，也不能中断 110

java.util.concurrent中的超时 111

4.7　本章所学知识 111

4.8　练习题 112

第5章 Producer-Consumer模式——我来做，你来用 115

5.1 Producer-Consumer模式 116

5.2 示例程序 116

Main类 116

MakerThread类 117

EaterThread类 118

Table类 118

解读put方法 120

解读take方法 121

5.3 Producer-Consumer模式中的登场角色 122

5.4 拓展思路的要点 123

守护安全性的Channel角色（可复用性） 123

不可以直接传递吗 124

Channel角色的剩余空间所导致的问题 124

以什么顺序传递Data角色呢 125

“存在中间角色”的意义 125

Consumer角色只有一个时会怎么样呢 126

5.5 相关的设计模式 126

Mediator模式 126

Worker Thread模式 126

Command模式 126

Strategy模式 127

5.6 延伸阅读1：理解InterruptedException异常 127

可能会花费时间，但可以取消 127

加了throws InterruptedException的方法 127

sleep方法和interrupt方法 128

wait方法和interrupt方法 128

join方法和interrupt方法 129

interrupt方法只是改变中断状态 129

isInterrupted方法——检查中断状态 130

Thread.interrupted方法——检查并清除中断状态 130

不可以使用Thread类的stop方法 130

5.7 延伸阅读2：java.util.concurrent包和Producer-Consumer模式 131

java.util.concurrent包中的队列 131

使用java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue的示例程序 132

使用java.util.concurrent.Exchanger类交换缓冲区 133

5.8 本章所学知识 136

5.9 练习题 137

第6章 Read-Write Lock模式——大家一起读没问题，但读的时候不要写哦 141

6.1 Read-Write Lock模式 142

6.2 示例程序 142

Main类 143

Data类 143

WriterThread类 146

ReaderThread类 146

ReadWriteLock类 147

执行起来看看 149

守护条件的确认 150

6.3 Read-Write Lock模式中的登场角色 151

6.4 拓展思路的要点 153

利用“读取”操作的线程之间不会冲突的特性来提高程序性能 153

适合读取操作繁重时 153

适合读取频率比写入频率高时 153

锁的含义 153

6.5 相关的设计模式 154

Immutable模式 154

Single Threaded Execution模式 154

Guarded Suspension模式 154

Before/After模式 154

Strategized Locking模式 154

6.6 延伸阅读：java.util.concurrent.locks包和Read-Write Lock模式 154

java.util.concurrent.locks包 154

使用java.util.concurrent.locks的示例程序 155

6.7 本章所学知识 156

6.8 练习题 157

第7章 Thread-Per-Message模式——这项工作就交给你了 163

7.1 Thread-Per-Message模式 164

7.2 示例程序 164

Main类 164

Host类 165

Helper类 166

7.3 Thread-Per-Message模式中的登场角色 168

7.4 拓展思路的要点 169

提高响应性，缩短延迟时间 169

适用于操作顺序没有要求时 169

适用于不需要返回值时 169

应用于服务器 169

调用方法＋启动线程→发送消息 170

7.5 相关的设计模式 170

Future模式 170

Worker Thread模式 170

7.6 延伸阅读1：进程与线程 171

7.7 延伸阅读2：java.util.concurrent包和Thread-Per-Message模式 171

java.lang.Thread类 171

java.lang.Runnable接口 172

java.util.concurrent.ThreadFactory接口 173

java.util.concurrent.Executors类获取的ThreadFactory 174

java.util.concurrent.Executor接口 175

java.util.concurrent.ExecutorService接口 176

java.util.concurrent.ScheduledExecutorService类 177

总结 178

7.8 本章所学知识 180

7.9 练习题 180

第8章 Worker Thread模式——工作没来就一直等，工作来了就干活 187

8.1 Worker Thread模式 188

8.2 示例程序 188

Main类 189

ClientThread类 190

Request类 190

Channel类 191

WorkerThread类 192

8.3 Worker Thread模式中的登场角色 193

8.4 拓展思路的要点 195

提高吞吐量 195

容量控制 195

调用与执行的分离 196

Runnable接口的意义 197

多态的Request角色 198

独自一人的Worker角色 199

8.5 相关的设计模式 199

Producer-Consumer模式 199

Thread-Per-Message模式 199

Command模式 199

Future模式 199

Flyweight模式 199

Thread-Specific Storage模式 200

Active Ojbect模式 200

8.6 延伸阅读1：Swing事件分发线程 200

什么是事件分发线程 200

事件分发线程只有一个 200

事件分发线程调用监听器 201

注册监听器的意义 201

事件分发线程也负责绘制界面 201

javax.swing.SwingUtilities类 202

Swing的单线程规则 203

8.7 延伸阅读2：java.util.concurrent包和Worker Thread模式 204

ThreadPoolExecutor类 204

通过java.util.concurrent包创建线程池 205

8.8 本章所学知识 207

8.9 练习题 208

第9章 Future模式——先给您提货单 211

9.1 Future模式 212

9.2 示例程序 212

Main类 214

Host类 214

Data接口 215

FutureData类 216

RealData类 217

9.3 Future模式中的登场角色 218

9.4 拓展思路的要点 219

吞吐量会提高吗 219

异步方法调用的“返回值” 220

“准备返回值”和“使用返回值”的分离 220

变种——不让主线程久等的Future角色 220

变种——会发生变化的Future角色 221

谁会在意多线程呢？“可复用性” 221

回调与Future模式 221

9.5 相关的设计模式 222

Thread-Per-Message模式 222

Builder模式 222

Proxy模式 222

Guarded Suspension模式 222

Balking模式 222

9.6 延伸阅读：java.util.concurrent包与Future模式 222

java.util.concurrent包 222

使用了java.util.concurrent包的示例程序 223

9.7 本章所学知识 226

9.8 练习题 226

第10章 Two-Phase Termination模式——先收拾房间再睡觉 231

10.1 Two-Phase Termination模式 232

10.2 示例程序 233

CountupThread类 234

Main类 236

10.3 Two-Phase Termination模式中的登场角色 237

10.4 拓展思路的要点 238

不能使用Thread类的stop方法 238

仅仅检查标志是不够的 239

仅仅检查中断状态是不够的 239

在长时间处理前检查终止请求 239

join方法和isAlive方法 240

java.util.concurrent.ExecutorService接口与Two-Phase Termination模式 240

要捕获程序整体的终止时 241

优雅地终止线程 243

10.5 相关的设计模式 243

Before/After模式 243

Multiphase Cancellation模式 243

Multi-Phase Startup模式 244

Balking模式 244

10.6 延伸阅读1：中断状态与InterruptedException异常的相互转换 244

中断状态→InterruptedException异常的转换 244

InterruptedException异常→中断状态的转换 245

InterruptedException异常→InterruptedException异常的转换 245

10.7 延伸阅读2：java.util.concurrent包与线程同步 246

java.util.concurrent.CountDownLatch类 246

java.util.concurrent.CyclicBarrier类 249

10.8 本章所学知识 253

10.9 练习题 253

第11章 Thread-Specific Storage模式——一个线程一个储物柜 263

11.1 Thread-Specific Storage模式 264

11.2 关于java.lang.ThreadLocal类 264

java.lang.ThreadLocal就是储物间 264

java.lang.ThreadLocal与泛型 265

11.3 示例程序1：不使用Thread-Specific Storage模式的示例 265

Log类 266

Main类 266

11.4 示例程序2：使用了Thread-Specific Storage模式的示例 267

线程特有的TSLog类 268

Log类 269

ClientThread类 270

Main类 271

11.5 Thread-Specific Storage模式中的登场角色 272

11.6 拓展思路的要点 274

局部变量与java.lang.ThreadLocal类 274

保存线程特有的信息的位置 275

不必担心其他线程访问 275

吞吐量的提高很大程序上取决于实现方式 276

上下文的危险性 276

11.7 相关的设计模式 277

Singleton模式 277

Worker Thread模式 277

Single Threaded Execution模式 277

Proxy模式 277

11.8　延伸阅读：基于角色与基于任务 277

主体与客体 277

基于角色的考虑方式 278

基于任务的考虑方式 278

实际上两种方式是综合在一起的 279

11.9 本章所学知识 279

11.10 练习题 280

第12章 Active Object模式——接收异步消息的主动对象 283

12.1 Active Object模式 284

12.2 示例程序1 284

调用方：Main类 287

调用方：MakerClientThread类 288

调用方：DisplayClientThread类 289

主动对象方：ActiveObject接口 289

主动对象方：ActiveObjectFactory类 290

主动对象方：Proxy类 290

主动对象方：SchedulerThread类 291

主动对象方：ActivationQueue类 292

主动对象方：MethodRequest类 293

主动对象方：MakeStringRequest类 294

主动对象方：DisplayStringRequest类 295

主动对象方：Result类 295

主动对象方：FutureResult类 296

主动对象方：RealResult类 296

主动对象方：Servant类 297

示例程序1的运行 297

12.3 ActiveObject模式中的登场角色 298

12.4 拓展思路的要点 304

到底做了些什么事情 304

运用模式时需要考虑问题的粒度 304

关于并发性 304

增加方法 305

Scheduler角色的作用 305

主动对象之间的交互 306

通往分布式——从跨越线程界线变为跨越计算机界线 306

12.5 相关的设计模式 306

Producer-Consumer模式 306

Future模式 307

Worker Thread模式 307

Thread-Specific Storage模式 307

12.6 延伸阅读：java.util.concurrent包与Active Object模式 307

类与接口 307

调用方：Main类 309

调用方：MakerClientThread类 309

调用方：DisplayClientThread类 310

主动对象方：ActiveObject接口 311

主动对象方：ActiveObjectFactory类 311

主动对象：ActiveObjectImpl类 312

示例程序2的运行 313

12.7 本章所学知识 314

12.8 练习题 315

第13章 总结——多线程编程的模式语言 321

13.1 多线程编程的模式语言 322

模式与模式语言 322

13.2 Single Threaded Execution模式

——能通过这座桥的只有一个人 323

13.3　Immutable模式

——想破坏也破坏不了 324

13.4　Guarded Suspension模式

——等我准备好哦 325

13.5　Balking模式

——不需要就算了 326

13.6　Producer-Consumer模式

——我来做，你来用 327

13.7　Read-Write Lock模式

——大家一起读没问题，但读的时候不要写哦 328

13.8　Thread-Per-Message模式

——这项工作就交给你了 329

13.9　Worker Thread模式

——工作没来就一直等，工作来了就干活 330

13.10 Future模式

——先给您提货单 330

13.11 Two-Phase Termination模式

——先收拾房间再睡觉 331

13.12 Thread-Specific Storage模式

——一个线程一个储物柜 332

13.13 Active Object模式

——接收异步消息的主动对象 333

13.14 写在*后 335

附录 337

附录A　习题解答 338

附录B　Java内存模型 447

附录C　Java线程的优先级 467

附录D　线程相关的主要API 469

附录E　java.util.concurrent包 475

附录F　示例程序的运行步骤 483

附录G　参考文献 485