图解Java多线程设计模式 pdf

图解Java多线程设计模式

内容简介

本书通过具体的Java 程序,以浅显易懂的语言逐一说明了多线程和并发处理中常用的12 种设计模式。内容涉及线程的基础知识、线程的启动与终止、线程间的互斥处理与协作、线程的有效应用、线程的数量管理以及性能优化的注意事项等。此外,还介绍了一些多线程编程时容易出现的失误,以及多线程程序的阅读技巧等。在讲解过程中,不仅以图配文,理论结合实例,而且提供了运用模式解决具体问题的练习题和答案,帮助读者加深对多线程和并发处理的理解,并掌握其使用技巧。

作者简介

结城浩(作者)
生于1963年,日本资-深技术作家和程序员。在编程语言、设计模式、数学、加密技术等领域,编写了很多深受欢迎的入门书。代表作有《数学女孩》系列、《程序员的数学》、《图解密码技术》等。
侯振龙(译者)
管理科学与工程专业硕士,日语一级,软件开发工程师,具有十年对日软件开发经验,现就职于某日本独资企业。
杨文轩(译者)
华中科技大学硕士,擅长Web 2.0开发,有丰富的对日开发经验。现就职于日本方正股份有限公司。译作有《图解基础设施设计模式》《C现代编程:集成开发环境、设计模式、极限编程、测试驱动开发、重构、持续集成》及《图解设计模式》。

目录

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 写在最后 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

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