Java线程管理与并发编程：方法与策略

### Java 线程管理与并发编程：方法与策略 在 Java 编程中，线程管理和并发编程是至关重要的部分。本文将深入探讨线程的取消、资源控制、多阶段取消以及守护方法等方面的知识。 #### 1. 线程取消与资源控制 在 Java 中，线程的取消操作需要谨慎处理。`Thread.stop` 方法虽然可以尝试终止线程，但它并不比 `Thread.interrupt` 更能保证线程的终止，而且更加危险。因为任何执行中的方法都可以捕获并忽略 `Thread.stop` 抛出的 `ThreadDeath` 异常。 当涉及到加载和执行外部代码的系统设计时，取消操作可能会面临挑战。外部代码可能会忽略所有中断，甚至捕获并丢弃 `ThreadDeath` 异常，使得 `Thread.interrupt` 和 `Thread.stop` 无效。为了控制这种情况，可以采取以下措施： - **资源拒绝**：创建并使用 `SecurityManager` 及其相关类，当线程运行时间过长时，拒绝所有已检查的资源请求。这种资源拒绝方式结合资源撤销策略，可以防止外部代码与其他需要继续运行的线程争夺资源，最终可能导致线程因异常而失败。 - **降低优先级**：调用 `setPriority(Thread.MIN_PRIORITY)` 方法，将线程的优先级设置为最低，以减少对 CPU 资源的竞争。同时，可以使用 `SecurityManager` 防止线程重新提高优先级。 #### 2. 多阶段取消 有时候，普通代码也需要以更极端的方式取消。为了应对这种情况，可以设置一个通用的多阶段取消机制，该机制首先尝试以最小干扰的方式取消任务，如果任务未能及时终止，则采用更具破坏性的技术。 以下是一个多阶段取消的示例代码： ```java class Terminator { // Try to kill; return true if known to be dead static boolean terminate(Thread t, long maxWaitToDie) { if (!t.isAlive()) return true; // already dead // phase 1 -- graceful cancellation t.interrupt(); try { t.join(maxWaitToDie); } catch(InterruptedException e){} // ignore if (!t.isAlive()) return true; // success // phase 2 -- trap all security checks theSecurityMgr.denyAllChecksFor(t); // a made-up method try { t.join(maxWaitToDie); } catch(InterruptedException ex) {} if (!t.isAlive()) return true; // phase 3 -- minimize damage t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); return false; } } ``` 在这个示例中，`terminate` 方法本身会忽略中断，这反映了一旦开始取消尝试就必须继续的策略选择。由于不同 JVM 实现中 `Thread.isAlive` 方法的行为可能存在差异，该方法可能会在被终止线程的所有痕迹消失之前返回 `true`。 #### 3. 守护方法 保守的检查 - 行动方法在不能确保操作成功时会拒绝执行操作，这通常通过首先检查前置条件来实现。根据前置条件失败时的策略决策，守护方法主要有以下三种类型： | 类型 | 描述 | 示例 | | ---- | ---- | ---- | | 拒绝（Balking） | 当前置条件失败时抛出异常，异常表示拒绝而非失败。在某些情况下，拒绝方法也可以不抛出异常。 | `Thread.start` 方法在线程已经启动时会抛出 `IllegalThreadStateException`；`ParticleApplet.stop` 方法在小程序未运行时会忽略停止尝试。 | | 守护挂起（Guarded Suspension） | 暂停当前方法调用（及其关联的线程），直到前置条件变为真。 | | | 超时（Time - outs） | 介于拒绝和挂起之间的情况，为等待前置条件变为真设置一个上限时间。 | | 没有一种策略在所有情况下都是最佳的，通常可以创建多个方法来支持多种策略，让客户端进行选择。 #### 4. 守护挂起 守护挂起和超时在顺序程序中没有类似的概念，但在并发软件中起着核心作用。在深入探讨实现细节之前，先考虑一个简单的 `BoundedCounter` 示例： ```java interface BoundedCounter { static final long MIN = 0; // minimum allowed value static final long MAX = 10; // maximum allowed value long count(); // INV: MIN <= count() <= MAX // INIT: count() == MIN void inc(); // only allowed when count() < MAX void dec(); // only allowed when count() > MIN } ``` 这个示例表示 `BoundedCounter` 的实现必须将计数保持在 `MIN` 和 `MAX` 之间。 ##### 4.1 守护条件 守护方法可以看作是同步方法的可定制扩展，提供了更广泛的排他性形式。普通同步方法的“守护条件”是对象处于就绪执行状态，即不参与任何活动。而守护方法通过添加基于状态的条件（如 `count() < MAX`）进一步划分就绪状态，这些条件是操作继续执行的逻辑必要条件。 守护条件也可以被视为特殊形式的条件语句。在顺序程序中，`if` 语句可以在方法入口检查条件，但如果条件为假，等待其变为真没有意义，因为没有其他并发活动可以改变条件。而在并发程序中，异步状态变化随时可能发生。