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。

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