圖解Java多執行緒設計模式

《圖解Java多執行緒設計模式》是2017年圖靈出版社出版的圖書，作者是 [日] 結城浩。

基本介紹

• 書名：圖解Java多執行緒設計模式
• 作者： [日] 結城浩
• 出版社：圖靈出版社
• 出版時間：2017年08月22日
• 頁數：528 頁
• 定價：89 元
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝
• ISBN：978-7-115-46274-9
• 系列書名：圖靈程式設計叢書

內容簡介

本書通過具體的Java 程式，以淺顯易懂的語言逐一說明了多執行緒和並發處理中常用的12 種設計模式。內容涉及執行緒的基礎知識、執行緒的啟動與終止、執行緒間的互斥處理與協作、執行緒的有效套用、執行緒的數量管理以及性能最佳化的注意事項等。此外，還介紹了一些多執行緒編程時容易出現的失誤，以及多執行緒程式的閱讀技巧等。在講解過程中，不僅以圖配文，理論結合實例，而且提供了運用模式解決具體問題的練習題和答案，幫助讀者加深對多執行緒和並發處理的理解，並掌握其使用技巧。本書適合對多執行緒、Java編程、設計模式以及面向對象開發感興趣的讀者閱讀。

作者簡介

結城浩，生於1963年，日本資深技術作家和程式設計師。在程式語言、設計模式、數學、加密技術等領域，編寫了很多深受歡迎的入門書。代表作有《數學女孩》系列、《程式設計師的數學》、《圖解密碼技術》等。

目錄

序章1　Java執行緒　1

I1.1　Java執行緒　2

I1.2　何謂執行緒　2

明為跟蹤處理流程，實為跟蹤執行緒　2

單執行緒程式　3

多執行緒程式　4

Thread類的run方法和start方法　5

I1.3　執行緒的啟動　9

執行緒的啟動（1）——利用Thread類的子類　9

執行緒的啟動（2）——利用Runnable接口　10

I1.4　執行緒的暫停　12

I1.5　執行緒的互斥處理　13

synchronized方法　14

synchronized代碼塊　17

I1.6　執行緒的協作　18

等待佇列——執行緒休息室　19

wait方法——將執行緒放入等待佇列　19

notify方法——從等待佇列中取出執行緒　21

notifyAll方法——從等待佇列中取出所有執行緒　23

wait、notify、notifyAll是Object類的方法　24

I1.7　執行緒的狀態遷移　24

I1.8　執行緒相關的其他話題　26

I1.9　本章所學知識　26

I1.10　練習題　26

序章2　多執行緒程式的評價標準　31

I2.1　多執行緒程式的評價標準　32

安全性——不損壞對象　32

生存性——必要的處理能夠被執行　32

可復用性——類可重複利用　33

性能——能快速、大批量地執行處理　33

評價標準總結　33

I2.2　本章所學知識　34

I2.3　練習題　34

第1章　Single Threaded Execution模式——能通過這座橋的只有一個人　35

1.1　Single Threaded Execution模式　36

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

Main類　37

非執行緒安全的Gate類　37

UserThread類　38

執行起來看看……出錯了　39

為什麼會出錯呢　40

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

執行緒安全的Gate類　41

synchronized的作用　42

1.4　Single Threaded Execution模式中的登場角色　43

1.5　拓展思路的要點　44

何時使用（可使用Single Threaded Execution模式的情況）　44

生存性與死鎖　45

可復用性和繼承反常　46

臨界區的大小和性能　46

1.6　相關的設計模式　47

Guarded Suspension模式　47

Read-Write Lock模式　47

Immutable模式　47

Thread-Specific Storage模式　48

1.7　延伸閱讀1：關於synchronized　48

synchronized語法與Before/After模式　48

synchronized在保護著什麼　49

該以什麼單位來保護呢　50

使用哪個鎖保護　50

原子操作　51

long與double的操作不是原子的　51

1.8　延伸閱讀2：java.util.concurrent包和計數信號量　52

計數信號量和Semaphore類　52

使用Semaphore類的示例程式　52

1.9　本章所學知識　55

1.10　練習題　55

第2章　Immutable模式——想破壞也破壞不了　61

2.1　Immutable模式　62

2.2　示例程式　62

使用Immutable模式的Person類　62

Main類　63

PrintPersonThread類　63

2.3　Immutable模式中的登場角色　65

2.4　拓展思路的要點　66

何時使用（可使用Immutable模式的情況）　66

考慮成對的mutable類和immutable類 [性能]　66

為了確保不可變性 [可復用性]　67

標準類庫中用到的Immutable模式　67

2.5　相關的設計模式　69

Single Threaded Execution模式　69

Read-Write Lock模式　69

Flyweight模式　69

2.6　延伸閱讀1：final　69

final的含義　69

2.7　延伸閱讀2：集合類與多執行緒　71

示例1：非執行緒安全的java.util.ArrayList類　71

示例2：利用Collections.synchronizedList方法所進行的同步　74

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

2.8　本章所學知識　76

2.9　練習題　77

第3章　Guarded Suspension模式——等我準備好喔　81

3.1　Guarded Suspension模式　82

3.2　示例程式　82

Request類　83

RequestQueue類　84

ClientThread類　85

ServerThread類　85

Main類　86

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

getRequest詳解　87

putRequest詳解　89

synchronized的含義　89

wait與鎖　89

3.3　Guarded Suspension模式中的登場角色　90

3.4　拓展思路的要點　91

附加條件的synchronized　91

多執行緒版本的if　91

忘記改變狀態與生存性　91

wait與notify/notifyAll的責任 [可復用性]　91

各種稱呼　91

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

3.5　相關的設計模式　94

Single Threaded Execution模式　94

Balking模式　94

Producer-Consumer模式　94

Future模式　94

3.6　本章所學知識　95

3.7　練習題　95

第4章　Balking模式——不需要就算了　99

4.1　Balking模式　100

4.2　示例程式　100

Data類　100

SaverThread類　102

ChangerThread類　102

Main類　103

4.3　Balking模式中的登場角色　105

4.4　拓展思路的要點　106

何時使用（可使用Balking模式的情況）　106

balk結果的表示方式　107

4.5　相關的設計模式　107

Guarded Suspension模式　107

Observer模式　107

4.6　延伸閱讀：逾時　108

Balking模式和Guarded Suspension模式之間　108

wait何時終止呢　108

guarded timed的實現（使用wait）　109

synchronized中沒有逾時，也不能中斷　110

java.util.concurrent中的逾時　111

4.7　本章所學知識　111

4.8　練習題　112

第5章　Producer-Consumer模式——我來做，你來用　115

5.1　Producer-Consumer模式　116

5.2　示例程式　116

Main類　116

MakerThread類　117

EaterThread類　118

Table類　118

解讀put方法　120

解讀take方法　121

5.3　Producer-Consumer模式中的登場角色　122

5.4　拓展思路的要點　123

守護安全性的Channel角色（可復用性）　123

不可以直接傳遞嗎　124

Channel角色的剩餘空間所導致的問題　124

以什麼順序傳遞Data角色呢　125

“存在中間角色”的意義　125

Consumer角色只有一個時會怎么樣呢　126

5.5　相關的設計模式　126

Mediator模式　126

Worker Thread模式　126

Command模式　126

Strategy模式　127

5.6　延伸閱讀1：理解InterruptedException異常　127

可能會花費時間，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方法只是改變中斷狀態　129

isInterrupted方法——檢查中斷狀態　130

Thread.interrupted方法——檢查並清除中斷狀態　130

不可以使用Thread類的stop方法　130

5.7　延伸閱讀2：java.util.concurrent包和Producer-Consumer模式　131

java.util.concurrent包中的佇列　131

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

使用java.util.concurrent.Exchanger類交換緩衝區　133

5.8　本章所學知識　136

5.9　練習題　137

第6章　Read-Write Lock模式——大家一起讀沒問題，但讀的時候不要寫喔　141

6.1　Read-Write Lock模式　142

6.2　示例程式　142

Main類　143

Data類　143

WriterThread類　146

ReaderThread類　146

ReadWriteLock類　147

執行起來看看　149

守護條件的確認　150

6.3　Read-Write Lock模式中的登場角色　151

6.4　拓展思路的要點　153

利用“讀取”操作的執行緒之間不會衝突的特性來提高程式性能　153

適合讀取操作繁重時　153

適合讀取頻率比寫入頻率高時　153

鎖的含義　153

6.5　相關的設計模式　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　延伸閱讀：java.util.concurrent.locks包和Read-Write Lock模式　154

java.util.concurrent.locks包　154

使用java.util.concurrent.locks的示例程式　155

6.7　本章所學知識　156

6.8　練習題　157

第7章　Thread-Per-Message模式——這項工作就交給你了　163

7.1　Thread-Per-Message模式　164

7.2　示例程式　164

Main類　164

Host類　165

Helper類　166

7.3　Thread-Per-Message模式中的登場角色　168

7.4　拓展思路的要點　169

提高回響性，縮短延遲時間　169

適用於操作順序沒有要求時　169

適用於不需要返回值時　169

套用於伺服器　169

調用方法+啟動執行緒→傳送訊息　170

7.5　相關的設計模式　170

Future模式　170

Worker Thread模式　170

7.6　延伸閱讀1：進程與執行緒　171

7.7　延伸閱讀2：java.util.concurrent包和Thread-Per-Message模式　171

java.lang.Thread類　171

java.lang.Runnable接口　172

java.util.concurrent.ThreadFactory接口　173

java.util.concurrent.Executors類獲取的ThreadFactory　174

java.util.concurrent.Executor接口　175

java.util.concurrent.ExecutorService接口　176

java.util.concurrent.ScheduledExecutorService類　177

總結　178

7.8　本章所學知識　180

7.9　練習題　180

第8章　Worker Thread模式——工作沒來就一直等，工作來了就幹活　187

8.1　Worker Thread模式　188

8.2　示例程式　188

Main類　189

ClientThread類　190

Request類　190

Channel類　191

WorkerThread類　192

8.3　Worker Thread模式中的登場角色　193

8.4　拓展思路的要點　195

提高吞吐量　195

容量控制　195

調用與執行的分離　196

Runnable接口的意義　197

多態的Request角色　198

獨自一人的Worker角色　199

8.5　相關的設計模式　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　延伸閱讀1：Swing事件分發執行緒　200

什麼是事件分發執行緒　200

事件分發執行緒只有一個　200

事件分發執行緒調用監聽器　201

註冊監聽器的意義　201

事件分發執行緒也負責繪製界面　201

javax.swing.SwingUtilities類　202

Swing的單執行緒規則　203

8.7　延伸閱讀2：java.util.concurrent包和Worker Thread模式　204

ThreadPoolExecutor類　204

通過java.util.concurrent包創建執行緒池　205

8.8　本章所學知識　207

8.9　練習題　208

第9章　Future模式——先給您提貨單　211

9.1　Future模式　212

9.2　示例程式　212

Main類　214

Host類　214

Data接口　215

FutureData類　216

RealData類　217

9.3　Future模式中的登場角色　218

9.4　拓展思路的要點　219

吞吐量會提高嗎　219

異步方法調用的“返回值”　220

“準備返回值”和“使用返回值”的分離　220

變種——不讓主執行緒久等的Future角色　220

變種——會發生變化的Future角色　221

誰會在意多執行緒呢？“可復用性”　221

回調與Future模式　221

9.5　相關的設計模式　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　延伸閱讀：java.util.concurrent包與Future模式　222

java.util.concurrent包　222

使用了java.util.concurrent包的示例程式　223

9.7　本章所學知識　226

9.8　練習題　226

第10章　Two-Phase Termination模式——先收拾房間再睡覺　231

10.1　Two-Phase Termination模式　232

10.2　示例程式　233

CountupThread類　234

Main類　236

10.3　Two-Phase Termination模式中的登場角色　237

10.4　拓展思路的要點　238

不能使用Thread類的stop方法　238

僅僅檢查標誌是不夠的　239

僅僅檢查中斷狀態是不夠的　239

在長時間處理前檢查終止請求　239

join方法和isAlive方法　240

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

要捕獲程式整體的終止時　241

優雅地終止執行緒　243

10.5　相關的設計模式　243

Before/After模式　243

Multiphase Cancellation模式　243

Multi-Phase Startup模式　244

Balking模式　244

10.6　延伸閱讀1：中斷狀態與InterruptedException異常的相互轉換　244

中斷狀態→InterruptedException異常的轉換　244

InterruptedException異常→中斷狀態的轉換　245

InterruptedException異常→InterruptedException異常的轉換　245

10.7　延伸閱讀2：java.util.concurrent包與執行緒同步　246

java.util.concurrent.CountDownLatch類　246

java.util.concurrent.CyclicBarrier類　249

10.8　本章所學知識　253

10.9　練習題　253

第11章　Thread-Specific Storage模式——一個執行緒一個儲物櫃　263

11.1　Thread-Specific Storage模式　264

11.2　關於java.lang.ThreadLocal類　264

java.lang.ThreadLocal就是儲物間　264

java.lang.ThreadLocal與泛型　265

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

Log類　266

Main類　266

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

執行緒特有的TSLog類　268

Log類　269

ClientThread類　270

Main類　271

11.5　Thread-Specific Storage模式中的登場角色　272

11.6　拓展思路的要點　274

局部變數與java.lang.ThreadLocal類　274

保存執行緒特有的信息的位置　275

不必擔心其他執行緒訪問　275

吞吐量的提高很大程式上取決於實現方式　276

上下文的危險性　276

11.7　相關的設計模式　277

Singleton模式　277

Worker Thread模式　277

Single Threaded Execution模式　277

Proxy模式　277

11.8　延伸閱讀：基於角色與基於任務　277

主體與客體　277

基於角色的考慮方式　278

基於任務的考慮方式　278

實際上兩種方式是綜合在一起的　279

11.9　本章所學知識　279

11.10　練習題　280

第12章　Active Object模式——接收異步訊息的主動對象　283

12.1　Active Object模式　284

12.2　示例程式1　284

調用方：Main類　287

調用方：MakerClientThread類　288

調用方：DisplayClientThread類　289

主動對象方：ActiveObject接口　289

主動對象方：ActiveObjectFactory類　290

主動對象方：Proxy類　290

主動對象方：SchedulerThread類　291

主動對象方：ActivationQueue類　292

主動對象方：MethodRequest類　293

主動對象方：MakeStringRequest類　294

主動對象方：DisplayStringRequest類　295

主動對象方：Result類　295

主動對象方：FutureResult類　296

主動對象方：RealResult類　296

主動對象方：Servant類　297

示例程式1的運行　297

12.3　ActiveObject模式中的登場角色　298

12.4　拓展思路的要點　304

到底做了些什麼事情　304

運用模式時需要考慮問題的粒度　304

關於並發性　304

增加方法　305

Scheduler角色的作用　305

主動對象之間的互動　306

通往分散式——從跨越執行緒界線變為跨越計算機界線　306

12.5　相關的設計模式　306

Producer-Consumer模式　306

Future模式　307

Worker Thread模式　307

Thread-Specific Storage模式　307

12.6　延伸閱讀：java.util.concurrent包與Active Object模式　307

類與接口　307

調用方：Main類　309

調用方：MakerClientThread類　309

調用方：DisplayClientThread類　310

主動對象方：ActiveObject接口　311

主動對象方：ActiveObjectFactory類　311

主動對象：ActiveObjectImpl類　312

示例程式2的運行　313

12.7　本章所學知識　314

12.8　練習題　315

第13章　總結——多執行緒編程的模式語言　321

13.1　多執行緒編程的模式語言　322

模式與模式語言　322

13.2　Single Threaded Execution模式

——能通過這座橋的只有一個人　323

13.3　Immutable模式

——想破壞也破壞不了　324

13.4　Guarded Suspension模式

——等我準備好喔　325

13.5　Balking模式

——不需要就算了　326

13.6　Producer-Consumer模式

——我來做，你來用　327

13.7　Read-Write Lock模式

——大家一起讀沒問題，但讀的時候不要寫喔　328

13.8　Thread-Per-Message模式

——這項工作就交給你了　329

13.9　Worker Thread模式

——工作沒來就一直等，工作來了就幹活　330

13.10　Future模式

——先給您提貨單　330

13.11　Two-Phase Termination模式

——先收拾房間再睡覺　331

13.12　Thread-Specific Storage模式

——一個執行緒一個儲物櫃　332

13.13　Active Object模式

——接收異步訊息的主動對象　333

13.14　寫在最後　335

附錄　337

附錄A　習題解答　338

附錄B　Java記憶體模型　447

附錄C　Java執行緒的優先權　467

附錄D　執行緒相關的主要API　469

附錄E　java.util.concurrent包　475

附錄F　示例程式的運行步驟　483

附錄G　參考文獻　485