多线程设计模式（一） Single Threaded Execution

这里有一座独木桥。因为桥身非常的细，一次只能允许一个人通过。当这个人没有下桥，另一个人就不能过桥。如果桥上同时又两个人，桥就会因为无法承重而破碎而掉落河里。 这就是Single Threaded Execution。有时也称为Critical section(临界区)。

这个模式用来限制同时只允许一个线程运行。

首先，我们先来看一个应该使用该设计模式，但是却没有使用的案例：

在这里要写一个程序，用来模拟3个人频繁的通过一扇只允许一个人通过的门。当有人通过门时，门上的记录器会递增通过的人数，另外还会记录通过的人的姓名和出生地。

Main类，用来创建一个Grte门，并让3个人UserThread不断的通过该门。

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Gate gate = new Gate();
		new UserThread(gate,"a","aaa").start();
		new UserThread(gate,"b","bbb").start();
		new UserThread(gate,"c","ccc").start();
	}
}

Gate类，表示人所要通过的门

	private int counter = 0;//通过的人数
	private String name = "Nobody";//通过人的姓名
	private String address = "Nowhere";//通过人的地址
	
	//使人通过该门
	public void pass(String name,String address){
		counter++;
		this.name=name;
		this.address=address;
		check();
	}
	
	@Override
	public String toString() {
		return "NO."+counter+",:"+name+","+address;
	}
	//验证通过时记录的姓名和地址是否是同一个人
	//如果不是，则输出BROKEN
	public void check() {
		if(!address.contains(name)){
			System.out.println("----BROKEN----"+toString());
		}
	}
}

UserThread 表示不断穿过门的行人。通过集成Thread来实现。

public class UserThread extends Thread{
	private final Gate gate; //要通过的门
	private final String myName;//通过门的人的姓名
	private final String myAddress;//通过门的人的地址
	public UserThread(Gate gate, String myName, String myAddress) {
		super();
		this.gate = gate;
		this.myName = myName;
		this.myAddress = myAddress;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		System.out.println(myName+"BEGIN");
		while(true){//使一个人不断的重复通过要通过的门
			gate.pass(myName, myAddress);
		}
	}
}

执行程序，打印结果为：

----BROKEN----NO.34584635,:c,ccc
----BROKEN----NO.34584719,:b,bbb
----BROKEN----NO.34584817,:c,ccc
----BROKEN----NO.34584920,:a,ccc
----BROKEN----NO.34585274,:a,aaa
----BROKEN----NO.34585674,:b,bbb

通过执行结果可以得出，Gate类，在多线程的情况下执行，Gate类这时并不安全。

而有时，明明姓名和地址是同一个人，程序依然会报错。这是由于：某个线程在执行check方法是，其他线程还在调用pass方法，name和address值又被修改了。

下面，将Gate类修改成线程安全的类，其他类则不需要修改：

//门
public class Gate {
	private int counter = 0;//通过的人数
	private String name = "Nobody";//通过人的姓名
	private String address = "Nowhere";//通过人的地址
	
	//使人通过该门
	public synchronized void pass(String name,String address){
		counter++;
		this.name=name;
		this.address=address;
		check();
	}
	
	@Override
	public synchronized String toString() {
		return "NO."+counter+",:"+name+","+address;
	}
	//验证通过时记录的姓名和地址是否是同一个人
	//如果不是，则输出BROKEN
	public void check() {
		if(!address.contains(name)){
			System.out.println("----BROKEN----"+toString());
		}else{
			System.out.println(toString());
		}
	}
}

执行结果如下：

NO.52446,:c,ccc
NO.52447,:c,ccc
NO.52448,:c,ccc
NO.52449,:c,ccc
NO.52450,:c,ccc
NO.52451,:c,ccc
NO.52452,:c,ccc
NO.52453,:c,ccc
NO.52454,:c,ccc
NO.52455,:c,ccc
NO.52456,:c,ccc

无论等多久都没有BROKEN

为什么在pass方法和toString方法上加synchronized就不在显示BROKEN了呢？
正如前面所说，之所以显示BROKEN是有限pass方法被多个线程穿插执行。加synchronized，能保证只有一个线程执行它。

而check方法，只有pass方法能调用它，所以其他类无法调用check方法，所以，不需要设置成synchronized（设置也没有关系，但是可能会影响程序性能）。toString 加上synchronized的原因是由于，在其他线程调用toString方法是，可能存在在获取name和adress是不一致的情况。

synchronized 方法同时只有一个线程能进行操作，从多线程的角度看，是“原子的操作”，本意是不可分割的操作。

在java中，基本数据类型（primitive）如int, char, byte等都是原子性操作的，但是long和double则不一定，所以我们想把long和double这类非原子性类型按照原子性方式操作，需要加上关键字volatile，这样就可以了。