Java回顾之多线程同步

　　第一篇：Java回顾之I/O

　　第二篇：Java回顾之网络通信

　　第三篇：Java回顾之多线程

 

　　在这篇文章里，我们关注线程同步的话题。这是比多线程更复杂，稍不留意，我们就会“掉到坑里”，而且和单线程程序不同，多线程的错误是否每次都出现，也是不固定的，这给调试也带来了很大的挑战。

　　在这篇文章里，我们首先阐述什么是同步，不同步有什么问题，然后讨论可以采取哪些措施控制同步，接下来我们会仿照回顾网络通信时那样，构建一个服务器端的“线程池”，JDK为我们提供了一个很大的concurrent工具包，最后我们会对里面的内容进行探索。

　　为什么要线程同步？

　　说到线程同步，大部分情况下， 我们是在针对“单对象多线程”的情况进行讨论，一般会将其分成两部分，一部分是关于“共享变量”，一部分关于“执行步骤”。

　　共享变量

　　当我们在线程对象（Runnable）中定义了全局变量，run方法会修改该变量时，如果有多个线程同时使用该线程对象，那么就会造成全局变量的值被同时修改，造成错误。我们来看下面的代码：

class MyRunner implements Runnable
{
    public int sum = 0;
    
    public void run() 
    {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
        for (int i = 1; i <= 100; i++)
        {
            sum += i;
        }
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
    }
}


private static void sharedVaribleTest() throws InterruptedException
{
    MyRunner runner = new MyRunner();
    Thread thread1 = new Thread(runner);
    Thread thread2 = new Thread(runner);
    thread1.setDaemon(true);
    thread2.setDaemon(true);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
}

　　这个示例中，线程用来计算1到100的和是多少，我们知道正确结果是5050（好像是高斯小时候玩过这个？），但是上述程序返回的结果是10100，原因是两个线程同时对sum进行操作。

　　执行步骤

　　我们在多个线程运行时，可能需要某些操作合在一起作为“原子操作”，即在这些操作可以看做是“单线程”的，例如我们可能希望输出结果的样子是这样的：

线程1：步骤1
线程1：步骤2
线程1：步骤3
线程2：步骤1
线程2：步骤2
线程2：步骤3

　　如果同步控制不好，出来的样子可能是这样的：

线程1：步骤1
线程2：步骤1
线程1：步骤2
线程2：步骤2
线程1：步骤3
线程2：步骤3

　　这里我们也给出一个示例代码：

class MyNonSyncRunner implements Runnable
{
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
        for(int i = 1; i <= 5; i++)
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i);
            try
            {
                Thread.sleep(50);
            }
            catch(InterruptedException ex)
            {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
    }
}


private static void syncTest() throws InterruptedException
{
    MyNonSyncRunner runner = new MyNonSyncRunner();
    Thread thread1 = new Thread(runner);
    Thread thread2 = new Thread(runner);
    thread1.setDaemon(true);
    thread2.setDaemon(true);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
}

　　如何控制线程同步

　　既然线程同步有上述问题，那么我们应该如何去解决呢？针对不同原因造成的同步问题，我们可以采取不同的策略。

　　控制共享变量

　　我们可以采取3种方式来控制共享变量。

　　将“单对象多线程”修改成“多对象多线程”　　

　　上文提及，同步问题一般发生在“单对象多线程”的场景中，那么最简单的处理方式就是将运行模型修改成“多对象多线程”的样子，针对上面示例中的同步问题，修改后的代码如下：

private static void sharedVaribleTest2() throws InterruptedException
{
    Thread thread1 = new Thread(new MyRunner());
    Thread thread2 = new Thread(new MyRunner());
    thread1.setDaemon(true);
    thread2.setDaemon(true);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
}

　　我们可以看到，上述代码中两个线程使用了两个不同的Runnable实例，它们在运行过程中，就不会去访问同一个全局变量。

　　将“全局变量”降级为“局部变量”

　　既然是共享变量造成的问题，那么我们可以将共享变量改为“不共享”，即将其修改为局部变量。这样也可以解决问题，同样针对上面的示例，这种解决方式的代码如下：

class MyRunner2 implements Runnable
{
    public void run() 
    {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 100; i++)
        {
            sum += i;
        }
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
    }
}


private static void sharedVaribleTest3() throws InterruptedException
{
    MyRunner2 runner = new MyRunner2();
    Thread thread1 = new Thread(runner);
    Thread thread2 = new Thread(runner);
    thread1.setDaemon(true);
    thread2.setDaemon(true);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
}

　　我们可以看出，sum变量已经由全局变量变为run方法内部的局部变量了。

　　使用ThreadLocal机制

　　ThreadLocal是JDK引入的一种机制，它用于解决线程间共享变量，使用ThreadLocal声明的变量，即使在线程中属于全局变量，针对每个线程来讲，这个变量也是独立的。

　　我们可以用这种方式来改造上面的代码，如下所示：

class MyRunner3 implements Runnable
{
    public ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<Integer>();
    
    public void run() 
    {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
        for (int i = 0; i <= 100; i++)
        {
            if (tl.get() == null)
            {
                tl.set(new Integer(0));
            }
            int sum = ((Integer)tl.get()).intValue();
            sum+= i;
            tl.set(new Integer(sum));
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + ((Integer)tl.get()).intValue());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
    }
}


private static void sharedVaribleTest4() throws InterruptedException
{
    MyRunner3 runner = new MyRunner3();
    Thread thread1 = new Thread(runner);
    Thread thread2 = new Thread(runner);
    thread1.setDaemon(true);
    thread2.setDaemon(true);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
}

　　综上三种方案，第一种方案会降低多线程执行的效率，因此，我们推荐使用第二种或者第三种方案。

　　控制执行步骤

　　说到执行步骤，我们可以使用synchronized关键字来解决它。

class MySyncRunner implements Runnable
{
    public void run() {
        synchronized(this)
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
            for(int i = 1; i <= 5; i++)
            {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i);
                try
                {
                    Thread.sleep(50);
                }
                catch(InterruptedException ex)
                {
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }
    }
}


private static void syncTest2() throws InterruptedException
{
    MySyncRunner runner = new MySyncRunner();
    Thread thread1 = new Thread(runner);
    Thread thread2 = new Thread(runner);
    thread1.setDaemon(true);
    thread2.setDaemon(true);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
}

　　在线程同步的话题上，synchronized是一个非常重要的关键字。它的原理和数据库中事务锁的原理类似。我们在使用过程中，应该尽量缩减synchronized覆盖的范围，原因有二：1）被它覆盖的范围是串行的，效率低；2）容易产生死锁。我们来看下面的示例：

private static void syncTest3() throws InterruptedException
{
    final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
    
    Thread thread1 = new Thread()
    {
        public void run()
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
            Random r = new Random(100);
            synchronized(list)
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    list.add(new Integer(r.nextInt()));
                }
                System.out.println("The size of list is " + list.size());
            }
            try
            {
                Thread.sleep(500);
            }
            catch(InterruptedException ex)
            {
                ex.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }
    };
    
    Thread thread2 = new Thread()
    {
        public void run()
        {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
            Random r = new Random(100);
            synchronized(list)
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    list.add(new Integer(r.nextInt()));
                }
                System.out.println("The size of list is " + list.size());
            }
            try
            {
                Thread.sleep(500);
            }
            catch(InterruptedException ex)
            {
                ex.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }
    };
    
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
}

　　我们应该把需要同步的内容集中在一起，尽量不包含其他不相关的、消耗大量资源的操作，示例中线程休眠的操作显然不应该包括在里面。

　　构造线程池

　　我们在Java回顾之网络通信中，已经构建了一个Socket连接池，这里我们在此基础上，构建一个线程池，完成基本的启动、休眠、唤醒、停止操作。

　　基本思路还是以数组的形式保持一系列线程，通过Socket通信，客户端向服务器端发送命令，当服务器端接收到命令后，根据收到的命令对线程数组中的线程进行操作。

　　Socket客户端的代码保持不变，依然采用构建Socket连接池时的代码，我们主要针对服务器端进行改造。

　　首先，我们需要定义一个线程对象，它用来执行我们的业务操作，这里简化起见，只让线程进行休眠。

enum ThreadStatus
{
    Initial,
    Running,
    Sleeping,
    Stopped
}

enum ThreadTask
{
    Start,
    Stop,
    Sleep,
    Wakeup
}


class MyThread extends Thread
{
    public ThreadStatus status = ThreadStatus.Initial;
    public ThreadTask task;
    public void run()
    {
        status = ThreadStatus.Running;
        while(true)
        {
            try {
                Thread.sleep(3000);
                if (status == ThreadStatus.Sleeping)
                {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入休眠状态。");
                    this.wait();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 运行过程中出现错误。");
                status = ThreadStatus.Stopped;
            }
        }
    }
}

　　然后，我们需要定义一个线程管理器，它用来对线程池中的线程进行管理，代码如下：

class MyThreadManager
{
    public static void manageThread(MyThread[] threads, ThreadTask task)
    {
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
        {
            synchronized(threads[i])
            {
                manageThread(threads[i], task);
            }
        }
        System.out.println(getThreadStatus(threads));
    }
    
    public static void manageThread(MyThread thread, ThreadTask task)
    {
        if (task == ThreadTask.Start)
        {
            if (thread.status == ThreadStatus.Running)
            {
                return;
            }
            if (thread.status == ThreadStatus.Stopped)
            {
                thread = new MyThread();
            }
            thread.status = ThreadStatus.Running;
            thread.start();
            
        }
        else if (task == ThreadTask.Stop)
        {
            if (thread.status != ThreadStatus.Stopped)
            {
                thread.interrupt();
                thread.status = ThreadStatus.Stopped;
            }
        }
        else if (task == ThreadTask.Sleep)
        {
            thread.status = ThreadStatus.Sleeping;
        }
        else if (task == ThreadTask.Wakeup)
        {
            thread.notify();
            thread.status = ThreadStatus.Running;
        }
    }
    
    public static String getThreadStatus(MyThread[] threads)
    {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
        {
            sb.append(threads[i].getName() + "的状态：" + threads[i].status).append("\r\n");
        }
        return sb.toString();
    }
}

　　最后，是我们的服务器端，它不断接受客户端的请求，每收到一个连接请求，服务器端会新开一个线程，来处理后续客户端发来的各种操作指令。

public class MyThreadPool {

    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        MyThreadPool pool = new MyThreadPool(5);
    }
    
    private int threadCount;
    private MyThread[] threads = null;
    
    
    public MyThreadPool(int count) throws IOException
    {
        this.threadCount = count;
        threads = new MyThread[count];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
        {
            threads[i] = new MyThread();
            threads[i].start();
        }
        Init();
    }
    
    private void Init() throws IOException
    {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(5678);
        while(true)
        {
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            Thread thread = new Thread()
            {
                public void run()
                {
                    try
                    {
                        System.out.println("检测到一个新的Socket连接。");
                        BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                        PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
                        String line = null;
                        while((line = br.readLine()) != null)
                        {
                            System.out.println(line);
                            if (line.equals("Count"))
                            {
                                System.out.println("线程池中有5个线程");
                            }
                            else if (line.equals("Status"))
                            {
                                String status = MyThreadManager.getThreadStatus(threads);
                                System.out.println(status);
                            }
                            else if (line.equals("StartAll"))
                            {
                                MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Start);
                            }
                            else if (line.equals("StopAll"))
                            {
                                MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Stop);
                            }
                            else if (line.equals("SleepAll"))
                            {
                                MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Sleep);
                            }
                            else if (line.equals("WakeupAll"))
                            {
                                MyThreadManager.manageThread(threads, ThreadTask.Wakeup);
                            }
                            else if (line.equals("End"))
                            {
                                break;
                            }
                            else
                            {
                                System.out.println("Command:" + line);
                            }
                            ps.println("OK");
                            ps.flush();
                        }
                    }
                    catch(Exception ex)
                    {
                        ex.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            thread.start();
        }
    }
}

　　探索JDK中的concurrent工具包

　　为了简化开发人员在进行多线程开发时的工作量，并减少程序中的bug，JDK提供了一套concurrent工具包，我们可以用它来方便的开发多线程程序。

　　线程池　　

　　我们在上面实现了一个非常“简陋”的线程池，concurrent工具包中也提供了线程池，而且使用非常方便。

　　concurrent工具包中的线程池分为3类：ScheduledThreadPool、FixedThreadPool和CachedThreadPool。

　　首先我们来定义一个Runnable的对象

class MyRunner implements Runnable
{
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行开始");
        for(int i = 0; i < 1; i++)
        {
            try
            {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在运行");
                Thread.sleep(200);
            }
            catch(Exception ex)
            {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
    }
}

　　可以看出，它的功能非常简单，只是输出了线程的执行过程。

　　ScheduledThreadPool

　　这和我们平时使用的ScheduledTask比较类似，或者说很像Timer，它可以使得一个线程在指定的一段时间内开始运行，并且在间隔另外一段时间后再次运行，直到线程池关闭。

　　示例代码如下：

private static void scheduledThreadPoolTest()
{
    final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(3);
    
    MyRunner runner = new MyRunner();
    
    final ScheduledFuture<?> handler1 = scheduler.scheduleAtFixedRate(runner, 1, 10, TimeUnit.SECONDS);
    final ScheduledFuture<?> handler2 = scheduler.scheduleWithFixedDelay(runner, 2, 10, TimeUnit.SECONDS);
    
    scheduler.schedule(new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            handler1.cancel(true);
            handler2.cancel(true);
            scheduler.shutdown();
        }
    }, 30, TimeUnit.SECONDS
    );
}

　　FixedThreadPool

　　这是一个指定容量的线程池，即我们可以指定在同一时间，线程池中最多有多个线程在运行，超出的线程，需要等线程池中有空闲线程时，才能有机会运行。

　　来看下面的代码：

private static void fixedThreadPoolTest()
{
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
        MyRunner runner = new MyRunner();
        exec.execute(runner);
    }
    exec.shutdown();
}

　　注意它的输出结果：

pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-3正在运行
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-2运行结束

　　可以看到从始至终，最多有3个线程在同时运行。

　　CachedThreadPool

　　这是另外一种线程池，它不需要指定容量，只要有需要，它就会创建新的线程。

　　它的使用方式和FixedThreadPool非常像，来看下面的代码：

private static void cachedThreadPoolTest()
{
    ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
        MyRunner runner = new MyRunner();
        exec.execute(runner);
    }
    exec.shutdown();
}

　　它的执行结果如下：

pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-1正在运行
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-2正在运行
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-3正在运行
pool-1-thread-4运行开始
pool-1-thread-4正在运行
pool-1-thread-5运行开始
pool-1-thread-5正在运行
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-4运行结束
pool-1-thread-5运行结束

　　可以看到，它创建了5个线程。

　　处理线程返回值

　　在有些情况下，我们需要使用线程的返回值，在上述的所有代码中，线程这是执行了某些操作，没有任何返回值。

　　如何做到这一点呢？我们可以使用JDK中的Callable<T>和CompletionService<T>，前者返回单个线程的结果，后者返回一组线程的结果。

　　返回单个线程的结果

　　还是直接看代码吧：

private static void callableTest() throws InterruptedException, ExecutionException
{
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(1);
    Callable<String> call = new Callable<String>()
    {
        public String call()
        {
            return "Hello World.";
        }
    };
    Future<String> result = exec.submit(call);
    System.out.println("线程的返回值是" + result.get());
    exec.shutdown();
}

　　执行结果如下：

线程的返回值是Hello World.

　　返回线程池中每个线程的结果

　　这里需要使用CompletionService<T>，代码如下：

private static void completionServiceTest() throws InterruptedException, ExecutionException
{
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
    CompletionService<String> service = new ExecutorCompletionService<String>(exec);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        Callable<String> call = new Callable<String>()
        {
            public String call() throws InterruptedException
            {
                return Thread.currentThread().getName();
            }
        };
        service.submit(call);
    }
    
    Thread.sleep(1000);
    for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        Future<String> result = service.take();
        System.out.println("线程的返回值是" + result.get());
    }
    exec.shutdown();
}

　　执行结果如下：

线程的返回值是pool-2-thread-1
线程的返回值是pool-2-thread-2
线程的返回值是pool-2-thread-3
线程的返回值是pool-2-thread-5
线程的返回值是pool-2-thread-4
线程的返回值是pool-2-thread-6
线程的返回值是pool-2-thread-8
线程的返回值是pool-2-thread-7
线程的返回值是pool-2-thread-9
线程的返回值是pool-2-thread-10

　　实现生产者-消费者模型

　　对于生产者-消费者模型来说，我们应该都不会陌生，通常我们都会使用某种数据结构来实现它。在concurrent工具包中，我们可以使用BlockingQueue来实现生产者-消费者模型，如下：

public class BlockingQueueSample {

    public static void main(String[] args)
    {
        blockingQueueTest();
    }
    
    private static void blockingQueueTest()
    {
        final BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
        final int maxSleepTimeForSetter = 10;
        final int maxSleepTimerForGetter = 10;
        
        Runnable setter = new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                Random r = new Random();
                while(true)
                {
                    int value = r.nextInt(100);
                    try
                    {
                        queue.put(new Integer(value));
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---向队列中插入值" + value);
                        Thread.sleep(r.nextInt(maxSleepTimeForSetter) * 1000);
                    }
                    catch(Exception ex)
                    {
                        ex.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        
        Runnable getter = new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                Random r = new Random();
                while(true)
                {
                    try
                    {
                        if (queue.size() == 0)
                        {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---队列为空");
                        }
                        else
                        {
                            int value = queue.take().intValue();
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---从队列中获取值" + value);
                        }
                        Thread.sleep(r.nextInt(maxSleepTimerForGetter) * 1000);
                    }
                    catch(Exception ex)
                    {
                        ex.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        
        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2);
        exec.execute(setter);
        exec.execute(getter);
    }
}

　　我们定义了两个线程，一个线程向Queue中添加数据，一个线程从Queue中取数据。我们可以通过控制maxSleepTimeForSetter和maxSleepTimerForGetter的值，来使得程序得出不同的结果。

　　可能的执行结果如下：

pool-1-thread-1---向队列中插入值88
pool-1-thread-2---从队列中获取值88
pool-1-thread-1---向队列中插入值75
pool-1-thread-2---从队列中获取值75
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-1---向队列中插入值50
pool-1-thread-2---从队列中获取值50
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-2---队列为空
pool-1-thread-1---向队列中插入值51
pool-1-thread-1---向队列中插入值92
pool-1-thread-2---从队列中获取值51
pool-1-thread-2---从队列中获取值92

　　因为Queue中的值和Thread的休眠时间都是随机的，所以执行结果也不是固定的。

　　使用信号量来控制线程

　　JDK提供了Semaphore来实现“信号量”的功能，它提供了两个方法分别用于获取和释放信号量：acquire和release，示例代码如下：

private static void semaphoreTest()
{
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(10);
    final Semaphore semp = new Semaphore(2);
    
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        Runnable runner = new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                try
                {
                    semp.acquire();
                    System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + "正在执行。");
                    Thread.sleep(5000);
                    semp.release();
                }
                catch(Exception ex)
                {
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
        };
        exec.execute(runner);
    }
    
    exec.shutdown();
}

　　执行结果如下：

Tue May 07 11:22:11 CST 2013 pool-1-thread-1正在执行。
Tue May 07 11:22:11 CST 2013 pool-1-thread-2正在执行。
Tue May 07 11:22:17 CST 2013 pool-1-thread-3正在执行。
Tue May 07 11:22:17 CST 2013 pool-1-thread-4正在执行。
Tue May 07 11:22:22 CST 2013 pool-1-thread-5正在执行。
Tue May 07 11:22:22 CST 2013 pool-1-thread-6正在执行。
Tue May 07 11:22:27 CST 2013 pool-1-thread-7正在执行。
Tue May 07 11:22:27 CST 2013 pool-1-thread-8正在执行。
Tue May 07 11:22:32 CST 2013 pool-1-thread-10正在执行。
Tue May 07 11:22:32 CST 2013 pool-1-thread-9正在执行。

　　可以看出，尽管线程池中创建了10个线程，但是同时运行的，只有2个线程。

　　控制线程池中所有线程的执行步骤

　　在前面，我们已经提到，可以用synchronized关键字来控制单个线程中的执行步骤，那么如果我们想要对线程池中的所有线程的执行步骤进行控制的话，应该如何实现呢？

　　我们有两种方式，一种是使用CyclicBarrier，一种是使用CountDownLatch。

　　CyclicBarrier使用了类似于Object.wait的机制，它的构造函数中需要接收一个整型数字，用来说明它需要控制的线程数目，当在线程的run方法中调用它的await方法时，它会保证所有的线程都执行到这一步，才会继续执行后面的步骤。

　　示例代码如下：

class MyRunner2 implements Runnable
{
    private CyclicBarrier barrier = null;
    public MyRunner2(CyclicBarrier barrier)
    {
        this.barrier = barrier;
    }
    
    public void run() {
        Random r = new Random();
        try
        {
            for (int i = 0; i < 3; i++)
            {
                Thread.sleep(r.nextInt(10) * 1000);
                System.out.println(new Date() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--第" + (i + 1) + "次等待。");
                barrier.await();
            }
        }
        catch(Exception ex)
        {
            ex.printStackTrace();
        }
    }
    
}

private static void cyclicBarrierTest()
{
    CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
    
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(3);
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        exec.execute(new MyRunner2(barrier));
    }
    exec.shutdown();
}

　　执行结果如下：

Tue May 07 11:31:20 CST 2013--pool-1-thread-2--第1次等待。
Tue May 07 11:31:21 CST 2013--pool-1-thread-3--第1次等待。
Tue May 07 11:31:24 CST 2013--pool-1-thread-1--第1次等待。
Tue May 07 11:31:24 CST 2013--pool-1-thread-1--第2次等待。
Tue May 07 11:31:26 CST 2013--pool-1-thread-3--第2次等待。
Tue May 07 11:31:30 CST 2013--pool-1-thread-2--第2次等待。
Tue May 07 11:31:32 CST 2013--pool-1-thread-1--第3次等待。
Tue May 07 11:31:33 CST 2013--pool-1-thread-3--第3次等待。
Tue May 07 11:31:33 CST 2013--pool-1-thread-2--第3次等待。

　　可以看出，thread-2到第1次等待点时，一直等到thread-1到达后才继续执行。

　　CountDownLatch则是采取类似”倒计时计数器”的机制来控制线程池中的线程，它有CountDown和Await两个方法。示例代码如下：

private static void countdownLatchTest() throws InterruptedException
{
    final CountDownLatch begin = new CountDownLatch(1);
    final CountDownLatch end = new CountDownLatch(5);
    ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        Runnable runner = new Runnable()
        {
            public void run()
            {
                Random r = new Random();
                try
                {
                    begin.await();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行开始");
                    Thread.sleep(r.nextInt(10)*1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
                }
                catch(Exception ex)
                {
                    ex.printStackTrace();
                }
                finally
                {
                    end.countDown();
                }
            }
        };
        exec.execute(runner);
    }
    begin.countDown();
    end.await();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
    exec.shutdown();
}

　　执行结果如下：

pool-1-thread-1运行开始
pool-1-thread-5运行开始
pool-1-thread-2运行开始
pool-1-thread-3运行开始
pool-1-thread-4运行开始
pool-1-thread-2运行结束
pool-1-thread-1运行结束
pool-1-thread-3运行结束
pool-1-thread-5运行结束
pool-1-thread-4运行结束
main运行结束