認識Thread與Runnable 使用synchronized 使用wait()、notify()、notifyAll() 運用高階並行API

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2. 執行緒與並行API
學習目標
• 認識Thread與Runnable
• 使用synchronized
• 使用wait()、notify()、
notifyAll()
• 運用高階並行API
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3. 簡介執行緒
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4. • 實作java.lang.Runnable介面
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6. • 建構Thread實例來執行Runnable實例定義
的run()方法
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7. Thread與Runnable
• 定義Runnable的run()方法
• Thread類別，並重新定義run()方法
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9. • 實作Runnable較有彈性，因為類別還有機
會繼承其他類別
• 若繼承了Thread，那該類別就是一種
Thread
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10. • 使用Lambda表示式
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11. Daemon執行緒
• 主執行緒中啟動了其他執行緒，預設會等待
被啟動的執行緒都執行完
• 若有Thread被標示為Daemon執行緒，在非
Daemon執行緒都結束時，JVM就會終止
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12. Thread基本狀態圖
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13. • 運用多執行緒，當某執行緒進入Blocked時，
讓另一執行緒排入CPU執行（成為Running
狀態），避免CPU空閒下來，經常是改進效
能的方式之一
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16. • 使用Thread.sleep()會讓執行緒進入
Blocked狀態
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17. • join()表示將執行緒加入成為另一執行緒的
流程
• 可以在join()時指定時間
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18. • 執行緒完成run()方法後，會進入Dead狀態
• 進入Dead（或已經呼叫過start()方法）的
執行緒不可呼叫start()方法，否則會拋出
IllegalThreadStateException
• Thread類別定義了stop()方法，不過被標
示為Deprecated
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20. • 要停止執行緒，最好自行實作，讓執行緒跑
完應有的流程，而非呼叫Thread的stop()
• 執行緒的暫停、重啟，也必須視需求實作，
而不是直接呼叫suspend()、resume()等20

21. 關於ThreadGroup
• 執行緒都屬於某執行緒群組
• 在main()主流程中產生執行緒，該執行緒會
屬於main執行緒群組
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22. • 若沒有指定，會歸入產生該子執行緒的執行
緒群組
• 執行緒一旦歸入某群組，就無法更換群組
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23. • ThreadGroup的某些方法，可以對群組中
的執行緒產生作用
• 若想一次取得群組中全部的執行緒，可以使
用enumerate()方法
• activeCount()方法可取得群組的執行緒
數量
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24. • uncaughtException()方法，群組中某個
執行緒發生例外而未捕捉時，JVM會呼叫此
方法進行處理
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25. • 對於執行緒本身未捕捉的例外，自行指定處
理方式
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26. synchronized與volatile
• 若有兩個以上的執行緒
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28. • 競速情況（Race condition）
• 執行緒安全（Thread-safe）
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29. 使用synchronized
• 若在方法標示synchronized，執行方法必
須取得該實例的內部鎖
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31. • synchronized不只可宣告在方法上，也可
作為陳述句使用
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32. • 對於本身設計時沒有考慮競速問題的API來說
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33. • Collections的
synchronizedCollection()、
synchronizedList()、
synchronizedSet()、
synchronizedMap()等方法
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36. • synchronized提供的是可重入同步（
Reentrant Synchronization）
• 不正確地使用synchronized可能造成效能
低落，另一問題則是死結（Dead lock）
– 你不放開resource1的內部鎖，我就不放開
resource2的內部鎖
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39. 使用volatile
• synchronized要求達到被標示區塊互斥性
（Mutual exclusion）與可見性（Visibility）
– 互斥性是指synchronized區塊只允許一個執行
緒
– 可見性是指執行緒離開synchronized區塊後，
另一執行緒接觸到的就是上一執行緒改變後的物
件狀態
• 對於可見性的要求，可以使用volatile達
到變數範圍
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44. • 為了效率，執行緒可以快取變數的值
• 可以在變數上宣告volatile，表示變數是
不穩定、易變的
– 也就是可能在多執行緒下存取，這保證變數的可
見性
– 若有執行緒變動了變數值，另一執行緒必然能看
到變更
• 被標示為volatile的變數，不允許執行緒
快取，變數值存取必須在共享記憶體中進行
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47. • 正確使用volatile的例子：
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48. 等待與通知
• wait()、notify()與notifyAll()
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54. 並行API
• 使用Thread建立多執行緒程式，必須親自處
理細節
• 如果需要的是執行緒池、讀寫鎖等高階操作
– java.util.concurrent套件
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55. 使用Lock
• ReentrantLock可以達到synchronized
的作用，也提供了額外功能
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57. • Lock介面還定義了tryLock()方法
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60. 使用ReadWriteLock
• 定義了讀取鎖定與寫入鎖定行為
• readLock()、writeLock()方法
– ReentrantReadWriteLock.ReadLock沒有
任何寫入鎖定時，才可以取得讀取鎖定
– ReentrantReadWriteLock.WriteLock沒有
任何讀取或寫入鎖定時，才可以取得寫入鎖
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63. 使用StampedLock
• ReadWriteLock在沒有任何讀取或寫入鎖
定時，才可以取得寫入鎖定，這可用於實現
悲觀讀取（Pessimistic Reading）
– 飢餓（Starvation）問題
• StampedLock類別可支援樂觀讀取（
Optimistic Reading）
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66. 使用Condition
• 用來搭配Lock
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68. • 使用了一個Condition，就有一個等待集
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70. 使用Executor
• 將Runnable的指定與執行分離
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73. • 若定義一個ThreadPerTaskExecutor：
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75. 使用ThreadPoolExecutor
• 執行緒池這類服務的行為，定義在
Executor的子介面ExecutorService
• 根據不同的執行緒池需求，
ThreadPoolExecutor擁有數種不同建構
式可供使用
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76. • 通常會使用Executors的
newCachedThreadPool()、
newFixedThreadPool()靜態方法來建構
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77. • ExecutorService還定義了submit()、
invokeAll()、invokeAny()等方法
• 這些方法中出現了
java.util.concurrent.Future、
java.util.concurrent.Callable介面
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78. • Future定義的行為，就是在未來取得結果
• 經常與Callable搭配使用
• FutureTask是Future的實作類別
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80. • ExecutorService的submit()方法，它
可以接受Callable物件
• 呼叫後傳回Future物件
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81. ScheduledThreadPoolExecutor
• 重複性的執行，可使用
scheduleWithFixedDelay()與
scheduleAtFixedRate()方法
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82. 使用ForkJoinPool
• 解決分而治之（Divide and conquer ）的問題
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84. • ForkJoinPool實現了工作竊取演算
• ForkJoin框架適用於計算密集式的任務
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85. 簡介並行Collection
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86. • CopyOnWriteArrayList
• CopyOnWriteArraySet
• BlockingQueue
• ConcurrentMap
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