对比Java和.NET多线程编程

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了对比Java和.NET多线程编程相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

这篇文章以对比的方式总结Java和.NET多线程编程。



基本概念

多线程:很多开发语言都提供多线程编程支持,比如Java,C#。


并发(concurrent):即使对于单核CPU,我们也会采用多线程等技术提高service的并发处理能力,我们经常说的高并发,就是这个意思。


并行(parallel):多个计算机任务能够真正在同一时刻同时执行,狭义的讲,对同一台计算机,在单核CPU时代,理论上,这是不可能的;随着计算机得硬件得发展,多核CPU使得这个成为了可能。


异步(asynchronous programming):异步编程可以基于多线程(语言层面提供的多线程),并不是一定要基于多线程,比如说nodejs,nodejs的异步编程其实是基于事件驱动和事件循环来实现的。


阻塞(blocking)/非阻塞(non-blocking):这两个概念更多是出现在IO的场景,比如Blocking IO(BIO)和Non-blocking IO(NIO);其实理解这两个概念,我们可以分别类比下面会提到的BlockingQueueCompletionService



Java

在java中,多线程编程一般有两种方式:

  1. 使用最原生的API

  2. 使用concurrent包提供的API


1. 使用最原生的API

启动一个线程有两种方式:继承java.lang.Thread类和实现java.lang.Runnable接口。这两个类都是从java 1.0就开始有了。

线程之间同步主要是用synchronized关键字和java.lang.Objectwait()notify()方法。


2. 使用concurrent包提供的API

其实,concurrent包提供很多功能,比如线程池相关类、阻塞队列、集合的线程安全实现等,具体可以参考concurent包的官方文档(https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/package-summary.html)。


这里列举一些用过的concurrent包下API的典型例子:

1) 启动一个线程池,把要做的事情放到java.util.concurrent.Callable接口里面实现(Callable不同于Runnable接口的地方是,Callable可以有返回),然后把Callable实现类提交给线程池管理,同时可以得到一个java.util.concurrent.Future,调用Futureget()方法可以获取Callable返回结果。

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
List<Future<String>> futureList = new ArrayList<Future<String>>)();for(int i = 0; i < 100; i++) { Future<String> future = threadPool.submit(new TaskCallable()); futureList.add(future);}
for(Future<String> future : futureList) { System.out.println(future.get());}
threadPool.shutdown();


如果有100个Task要执行,可以使用java.util.concurrent.CountDownLatch类来等待所有Task都执行完才做下一步操作。


2) 上面示例代码中future.get()是一个阻塞动作,如果有100个Task,有可能后面的Task先执行完,这样对后面Task结果的处理就会一直pending在前面Task的future.get()调用上。concurrent包提供了另外一个API - CompletionService,可以解决这个问题。实例代码如下:

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
CompletionService<String> completionService = new ExecutorCompletionService<String>(threadPool);
for(int i = 0; i < 100; i++) {  Future<String> future = completionService.submit(new TaskCallable());}
for(int i = 0; i < 100; i++) { String result = completionService.take().get(); System.out.println(result);}
threadPool.shutdown();


3) 控制两个线程执行顺序,一个线程等另外一个执行完之后才能继续执行,可以用java.util.concurrent.SynchronousQueue比较容易实现;而传统的做法则是采用wait/notify。其实SynchronousQueue实现了java.util.concurrent.BlockingQueue接口,这个接口还有一些其它的实现类,比如:java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue,当我们需要实现一个典型的生产者消费者模型时,就可以直接使用这个类。


4) HashMap的线程安全实现java.util.concurrent.ConcurrentHashMap。关于ConcurrentHashMap的实现原理,可以参考这篇文章()。


5) 还有一个经常用到的就是concurrent包下面的java.util.concurrent.locks.Lock接口,这个接口有一个实现类java.util.concurrent.locks.ReentrantLock,这是一个可重入锁的实现,和上面提到的synchronized关键字的作用一样。当然,使用Locksynchronized关键字还是有一些区别的:比如Lock可以实现公平锁,synchronized则只能是非公平锁。


6) java.util.concurrent.atomic包下面提供的原子操作类,也经常用到。当我们要实现自增长功能时,可以使用java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger类,这个类实现自增长原子操作的原理是CAS(Compare And Set)算法,而不是加锁的方式,所以在某些情况下可能会效率高一些。关于CAS算法的原理,可以参考这篇文章()。



C# / .NET

对比Java里面的多线程编程实现方法,.NET里面基本上也都有对用的实现。

1) Java中的Thread类和Runnable接口;对应.NET里面就是System.Threading.Thread类和System.Threading.ThreadStart委托。


2) Java中线程同步主要用synchronized关键字;而.NET中则用lock关键字,但是lock关键字不能应用到方法上,如果要把同步加到方法上,可以用System.Runtime.Remoting.Context.Synchronization特性。


3) 除了上面提到的语言层面提供的关键字可以用于加锁,Java的concurrent包提供了Lock类;对应.NET就是System.Threading.Monitor类。


4) Java的concurrent包提供了一些原子操作的类,比如java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;对应.NET里面就是System.Threading.Interlocked


5) Java的concurrent包提供了一些集合的线程安全实现,比如java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;在.NET里面也是类似,.NET里面的System.Collections.Concurrent这个namespace下,也提供了很多集合的线程安全实现,比如System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary


6) .NET里面使用线程池实现多线程编程例子如下(See https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.threading.threadpool?view=netcore-3.1):

using System;using System.Threading;
public class Example { public static void Main() { // Queue the task. ThreadPool.QueueUserWorkItem(ThreadProc); Console.WriteLine("Main thread does some work, then sleeps.");        Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("Main thread exits."); } // This thread procedure performs the task. static void ThreadProc(Object stateInfo) { // No state object was passed to QueueUserWorkItem, so stateInfo is null. Console.WriteLine("Hello from the thread pool."); }}


7) .net 4.0新增的TAP(task-based asynchronous pattern),不需要显示操作线程(CLR负责管理线程的分配),只需要关注Task,如下:

using System;using System.Threading;using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApp1{ class Program2 { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("current thread: " + Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
// Construct a started task using Task.Run. String taskData = "delta"; Task t3 = Task.Run(() => { Console.WriteLine("Task={0}, obj={1}, Thread={2}", Task.CurrentId, taskData, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); Thread.Sleep(1000 * 10000); }); // Wait for the task to finish. //t3.Wait(); Task t2 = Task.Run(() => { Console.WriteLine("Task={0}, obj={1}, Thread={2}", Task.CurrentId, taskData, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); }); // Wait for the task to finish. t2.Wait();
Console.WriteLine("end"); } }}


在.net 4.5之后,又新增了async/await关键字,这种方式基于TAP,通过这种方式可以方便的实现Task完成之后的callback逻辑,比如上面例子中想在t3执行完了之后再做一些逻辑,需要调用t3.wait(),或者调用Task.WaitAll()方法。有async/await关键字之后,可以很方便的实现,如下:

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading;using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApp1{ class Program { static void Main(string[] args) { TestMain();        }
static void TestMain() { Console.Out.Write("Start\n"); GetValueAsync(); Console.Out.Write("End\n"); Console.ReadKey(); }        static async Task GetValueAsync() { await Task.Run(()=> { Thread.Sleep(1000); for(int i = 0; i < 5; ++i) { Console.Out.WriteLine(String.Format("From task : {0}", i)); } }); Console.Out.WriteLine("Task End"); } }}


上面Console.Out.WriteLine("Task End");这行代码即是Task执行完成之后才执行的逻辑。这个有点像javascript里面的Promise.


8) .net 4.0里面还提供了并行编程的一些功能,比如:System.Threading.Tasks.Parallel。所谓并行编程,狭义的讲,就是说可以充分利用现在计算机CPU多核的优势,让运算任务在多个核上同时并行执行。更多的,可以参考(https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/parallel-programming/)。



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转:Java并发编程之八:多线程环境中安全使用集合API(含代码)