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java线程的缺陷

王朝java/jsp·作者佚名  2008-05-31
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Allen Holub 指出,Java 编程语言的线程模型可能是此语言中最薄弱的部分。它完全不适合实际复杂程序的要求,而且也完全不是面向对象的。本文建议对 Java 语言进行重大修改和补充,以解决这些问题。

Java 语言的线程模型是此语言的一个最难另人满足的部分。尽管 Java 语言本身就支持线程编程是件好事,但是它对线程的语法和类包的支持太少,只能适用于极小型的应用环境。

关于 Java 线程编程的大多数书籍都长篇累牍地指出了 Java 线程模型的缺陷,并提供了解决这些问题的急救包(Band-Aid/邦迪创可贴)类库。我称这些类为急救包,是因为它们所能解决的问题本应是由 Java 语言本身语法所包含的。从长远来看,以语法而不是类库方法,将能产生更高效的代码。这是因为编译器和 Java 虚拟器 (JVM) 能一同优化程序代码,而这些优化对于类库中的代码是很难或无法实现的。

在我的《Taming Java Threads 》(请参阅 参考资料 )书中以及本文中,我进一步建议对 Java 编程语言本身进行一些修改,以使得它能够真正解决这些线程编程的问题。本文和我这本书的主要区别是,我在撰写本文时进行了更多的思考, 所以对书中的提议加以了提高。这些建议只是尝试性的 -- 只是我个人对这些问题的想法,而且实现这些想法需要进行大量的工作以及同行们的评价。但这是究竟是一个开端,我有意为解决这些问题成立一个专门的工作组,假如您感爱好,请发 e-mail 到 threading@holub.com 。一旦我真正着手进行,我就会给您发通知。

这里提出的建议是非常大胆的。有些人建议对 Java 语言规范 (JLS)(请参阅参考资料 )进行细微和少量的修改以解决当前模糊的 JVM 行为,但是我却想对其进行更为彻底的改进。

在实际草稿中,我的许多建议包括为此语言引入新的要害字。虽然通常要求不要突破一个语言的现有代码是正确的,但是假如该语言的并不是要保持不变以至于过时的话,它就必须能引入新的要害字。为了使引入的要害字与现有的标识符不产生冲突,经过细心考虑,我将使用一个 ($) 字符,而这个字符在现有的标识符中是非法的。(例如,使用 $task,而不是 task)。此时需要编译器的命令行开关提供支持,能使用这些要害字的变体,而不是忽略这个美元符号。

task(任务)的概念

Java 线程模型的根本问题是它完全不是面向对象的。面向对象 (OO) 设计人员根本不按线程角度考虑问题;他们考虑的是同步 信息 异步 信息(同步信息被立即处理 -- 直到信息处理完成才返回消息句柄;异步信息收到后将在后台处理一段时间 -- 而早在信息处理结束前就返回消息句柄)。Java 编程语言中的 Toolkit.getImage() 方法就是异步信息的一个好例子。 getImage() 的消息句柄将被立即返回,而不必等到整个图像被后台线程取回。

这是面向对象 (OO) 的处理方法。但是,如前所述,Java 的线程模型是非面向对象的。一个 Java 编程语言线程实际上只是一个run() 过程,它调用了其它的过程。在这里就根本没有对象、异步或同步信息以及其它概念。

对于此问题,在我的书中深入讨论过的一个解决方法是,使用一个Active_object。 active 对象是可以接收异步请求的对象,它在接收到请求后的一段时间内以后台方式得以处理。在 Java 编程语言中,一个请求可被封装在一个对象中。例如,你可以把一个通过 Runnable 接口实现的实例传送给此 active 对象,该接口的 run() 方法封装了需要完成的工作。该 runnable 对象被此 active 对象排入到队列中,当轮到它执行时,active 对象使用一个后台线程来执行它。

在一个 active 对象上运行的异步信息实际上是同步的,因为它们被一个单一的服务线程按顺序从队列中取出并执行。因此,使用一个 active 对象以一种更为过程化的模型可以消除大多数的同步问题。

在某种意义上,Java 编程语言的整个 Swing/AWT 子系统是一个 active 对象。向一个 Swing 队列传送一条讯息的唯一安全的途径是,调用一个类似SwingUtilities.invokeLater() 的方法,这样就在 Swing 事件队列上发送了一个 runnable 对象,当轮到它执行时, Swing 事件处理线程将会处理它。

那么我的第一个建议是,向 Java 编程语言中加入一个task (任务)的概念,从而将active 对象集成到语言中。( task的概念是从 Intel 的 RMX 操作系统和 Ada 编程语言借鉴过来的。大多数实时操作系统都支持类似的概念。)

一个任务有一个内置的 active 对象分发程序,并自动治理那些处理异步信息的全部机制。

定义一个任务和定义一个类基本相同,不同的只是需要在任务的方法前加一个asynchronous 修饰符来指示 active 对象的分配程序在后台处理这些方法。请参考我的书中第九章的基于类方法,再看以下的 file_io 类,它使用了在《 Taming Java Threads 》中所讨论的 Active_object 类来实现异步写操作:

所有的写请求都用一个dispatch() 过程调用被放在 active-object 的输入队列中排队。在后台处理这些异步信息时出现的任何异常 (exception) 都由 Exception_handler 对象处理,此 Exception_handler 对象被传送到 File_io_task 的构造函数中。您要写内容到文件时,代码如下:

这种基于类的处理方法,其主要问题是太复杂了 -- 对于一个这样简单的操作,代码太杂了。向 Java 语言引入$task 和 $asynchronous 要害字后,就可以按下面这样重写以前的代码:

注重,异步方法并没有指定返回值,因为其句柄将被立即返回,而不用等到请求的操作处理完成后。

 
 
 
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