谜题76: 乒乓

下面的程序全部是由同步化(synchronized)的静态方法组成的。那么它会打印
出什么呢?在你每次运行这段程序的时候,它都能保证会打印出相同的内容吗?

public class PingPong{
public static synchronized void main(String[] a){
Thread t = new Thread(){
public void run(){ pong(); }
};
t.run();
System.out.print( "Ping" );
}
static synchronized void pong(){
System.out.print( "Pong" );
}
}

  


在多线程程序中,通常正确的观点是程序每次运行的结果都有可能发生变化,但
是上面这段程序总是打印出相同的内容。在一个同步化的静态方法执行之前,它
会获取与它的 Class 对象相关联的一个管程(monitor)锁[JLS 8.4.3.6]。所以
在上面的程序中,主线程会在创建第二个线程之前获得与 PingPong.class 相关
联的那个锁。只要主线程占有着这个锁,第二个线程就不可能执行同步化的静态
方法。具体地讲,在 main 方法打印了 Ping 并且执行结束之后,第二个线程才能
执行 pong 方法。只有当主线程放弃那个锁的时候,第二个线程才被允许获得这
个锁并且打印 Pong 。根据以上的分析,我们似乎可以确信这个程序应该总是打

印 PingPong。但是这里有一个小问题:当你尝试着运行这个程序的时候,你会
发现它总是会打印 PongPing。到底发生了什么呢?
正如它看起来的那样奇怪,这段程序并不是一个多线程程序。不是一个多线程程
序?怎么可能呢?它肯定会生成第二个线程啊。喔,对的,它确实是创建了第二
个线程,但是它从未启动这个线程。相反地,主线程会调用那个新的线程实例的
run 方法,这个 run 方法会在主线程中同步地运行。由于一个线程可以重复地获
得某个相同的锁 [JLS 17.1] ,所以当 run 方法调用 pong 方法的时候,主线程
就被允许再次获得与 PingPong.class 相关联的锁。pong 方法打印了 Pong 并且
返回到了 run方法,而 run方法又返回到 main方法。最后,main方法打印了 Ping,
这就解释了我们看到的输出结果是怎么来的。
要订正这个程序很简单,只需将 t.run 改写成 t.start。这么做之后,这个程
序就会如你所愿的总是打印出 PingPong 了。
这个教训很简单:当你想调用一个线程的 start 方法时要多加小心,别弄错成调
用这个线程的 run 方法了。遗憾的是,这个错误实在是太普遍了,而且它可能很
难被发现。或许这个谜题的教训应该是针对 API 的设计者的:如果一个线程没有
一个公共的 run 方法,那么程序员就不可能意外地调用到它。Thread 类之所以
有一个公共的 run 方法,是因为它实现了 Runnable 接口,但是这种方式并不是
必须的。另外一种可选的设计方案是:使用组合(composition)来替代接口继
承(interface inheritance),让每个 Thread 实例都封装一个 Runnable。正如
谜题 47 中所讨论的,组合通常比继承更可取。这个谜题说明了上述的原则甚至
对于接口继承也是适用的。

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