Java 线程同步

什么是线程同步？

当使用多个线程来访问同一个数据时，非常容易出现线程安全问题(比如多个线程都在操作同一数据导致数据不一致),所以我们用同步机制来解决这些问题。

实现同步机制有两个方法：

1、同步代码块：

synchronized(同一个数据){} 同一个数据：就是N条线程同时访问一个数据。

2、同步方法：

public synchronized 数据返回类型方法名(){}

通过使用同步方法，可非常方便的将某类变成线程安全的类，具有如下特征：

1，该类的对象可以被多个线程安全的访问。

2，每个线程调用该对象的任意方法之后，都将得到正确的结果。

3，每个线程调用该对象的任意方法之后，该对象状态依然保持合理状态。

注：synchronized关键字可以修饰方法，也可以修饰代码块，但不能修饰构造器，属性等

※不要对线程安全类的所有方法都进行同步，只对那些会改变共享资源方法的进行同步。

线程通讯：

当使用synchronized 来修饰某个共享资源时(分同步代码块和同步方法两种情况）,当某个线程获得共享资源的锁后就可以执行相应的代码段，直到该线程运行完该代码段后才释放对该共享资源的锁，让其他线程有机会执行对该共享资源的修改。当某个线程占有某个共享资源的锁时，如果另外一个线程也想获得这把锁运行就需要使用wait()
和notify()/notifyAll()方法来进行线程通讯了。

Java.lang.object 里的三个方法wait() notify() notifyAll()

wait()

导致当前线程等待，直到其他线程调用同步监视器的notify方法或notifyAll方法来唤醒该线程。

wait(mills)

都是等待指定时间后自动苏醒，调用wait方法的当前线程会释放该同步监视器的锁定，可以不用notify或notifyAll方法把它唤醒。

notify()

唤醒在同步监视器上等待的单个线程，如果所有线程都在同步监视器上等待，则会选择唤醒其中一个线程，选择是任意性的，只有当前线程放弃对该同步监视器的锁定后，也就是使用wait方法后，才可以执行被唤醒的线程。

notifyAll()

唤醒在同步监视器上等待的所有的线程。只用当前线程放弃对该同步监视器的锁定后，也就是使用wait方法后,才可以执行被唤醒的线程。

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原子操作：根据Java规范，对于基本类型的赋值或者返回值操作，是原子操作。但这里的基本数据类型不包括long和double, 因为JVM看到的基本存储单位是32位，而long 和double都要用64位来表示。所以无法在一个时钟周期内完成。

自增操作（++）不是原子操作，因为它涉及到一次读和一次写。

原子操作：由一组相关的操作完成，这些操作可能会操纵与其它的线程共享的资源，为了保证得到正确的运算结果，一个线程在执行原子操作其间，应该采取其他的措施使得其他的线程不能操纵共享资源。

同步代码块：为了保证每个线程能够正常执行原子操作，Java引入了同步机制，具体的做法是在代表原子操作的程序代码前加上synchronized标记，这样的代码被称为同步代码块。

同步锁：每个JAVA对象都有且只有一个同步锁，在任何时刻，最多只允许一个线程拥有这把锁。

当一个线程试图访问带有synchronized(this)标记的代码块时，必须获得 this关键字引用的对象的锁，在以下的两种情况下，本线程有着不同的命运。

1、 假如这个锁已经被其它的线程占用，JVM就会把这个线程放到本对象的锁池中。本线程进入阻塞状态。锁池中可能有很多的线程，等到其他的线程释放了锁，JVM就会从锁池中随机取出一个线程，使这个线程拥有锁，并且转到就绪状态。

2、 假如这个锁没有被其他线程占用，本线程会获得这把锁，开始执行同步代码块。 （一般情况下在执行同步代码块时不会释放同步锁，但也有特殊情况会释放对象锁 如在执行同步代码块时，遇到异常而导致线程终止，锁会被释放；在执行代码块时，执行了锁所属对象的wait()方法，这个线程会释放对象锁，进入对象的等待池中）

线程同步的特征： 1、 如果一个同步代码块和非同步代码块同时操作共享资源，仍然会造成对共享资源的竞争。因为当一个线程执行一个对象的同步代码块时，其他的线程仍然可以执行对象的非同步代码块。（所谓的线程之间保持同步，是指不同的线程在执行同一个对象的同步代码块时，因为要获得对象的同步锁而互相牵制）

2、 每个对象都有唯一的同步锁 3、 在静态方法前面可以使用synchronized修饰符。

4、 当一个线程开始执行同步代码块时，并不意味着必须以不间断的方式运行，进入同步代码块的线程可以执行Thread.sleep()或执行Thread.yield()方法，此时它并不释放对象锁，只是把运行的机会让给其他的线程。

5、 Synchronized声明不会被继承，如果一个用synchronized修饰的方法被子类覆盖，那么子类中这个方法不在保持同步，除非用synchronized修饰。

释放对象的锁： 1、 执行完同步代码块就会释放对象的锁

2、 在执行同步代码块的过程中，遇到异常而导致线程终止，锁也会被释放

3、 在执行同步代码块的过程中，执行了锁所属对象的wait()方法，这个线程会释放对象锁，进入对象的等待池。

死锁：

线程1独占（锁定）资源A，等待获得资源B后，才能继续执行

同时

线程2独占（锁定）资源B，等待获得资源A后，才能继续执行

这样就会发生死锁，程序无法正常执行

如何避免死锁 一个通用的经验法则是：当几个线程都要访问共享资源A、B、C 时，保证每个线程都按照同样的顺序去访问他们。

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注意：

1、线程同步就是线程排队。同步就是排队。线程同步的目的就是避免线程“同步”执行。

2、只有共享资源的读写访问才需要同步。如果不是共享资源，那么就根本没有同步的必要。

3、只有“变量”才需要同步访问。如果共享的资源是固定不变的，那么就相当于“常量”，线程同时读取常量也不需要同步。至少一个线程修改共享资源，这样的情况下，线程之间就需要同步。

4、多个线程访问共享资源的代码有可能是同一份代码，也有可能是不同的代码；无论是否执行同一份代码，只要这些线程的代码访问同一份可变的共享资源，这些线程之间就需要同步。

同步锁：

我们可以给共享资源加一把锁，这把锁只有一把钥匙。哪个线程获取了这把钥匙，才有权利访问该共享资源。

同步锁不是加在共享资源上，而是加在访问共享资源的代码段上。

访问同一份共享资源的不同代码段，应该加上同一个同步锁；如果加的是不同的同步锁，那么根本就起不到同步的作用，没有任何意义。

这就是说，同步锁本身也一定是多个线程之间的共享对象。

public static final Object lock1 = new Object();

… f1() {

synchronized(lock1){ // lock1 是公用同步锁

// 代码段 A

// 访问共享资源 resource1

// 需要同步

}

你不一定要把同步锁声明为static或者public，但是你一定要保证相关的同步代码之间，一定要使用同一个同步锁。

任何一个Object Reference都可以作为同步锁。我们可以把Object Reference理解为对象在内存分配系统中的内存地址。因此，要保证同步代码段之间使用的是同一个同步锁，我们就要保证这些同步代码段的synchronized关键字使用的是同一个Object Reference，同一个内存地址。这也是为什么我在前面的代码中声明lock1的时候，使用了final关键字，这就是为了保证lock1的Object
Reference在整个系统运行过程中都保持不变。

竞争同步锁失败的线程进入的是该同步锁的就绪（Ready）队列，而不是后面要讲述的待召队列（Waiting Queue，也可以翻译为等待队列）。就绪队列里面的线程总是时刻准备着竞争同步锁，时刻准备着运行。而待召队列里面的线程则只能一直等待，直到等到某个信号的通知之后，才能够转移到就绪队列中，准备运行。

同步粒度

在Java语言里面，我们可以直接把synchronized关键字直接加在函数的定义上。

比如。

… synchronized … f1() {

// f1 代码段

}

这段代码就等价于

… f1() {

synchronized(this){ // 同步锁就是对象本身

// f1 代码段

}

}

同样的原则适用于静态（static）函数

比如。

… static synchronized … f1() {

// f1 代码段

}

这段代码就等价于

…static … f1() {

synchronized(Class.forName(…)){ // 同步锁是类定义本身

// f1 代码段

}

}

但是，我们要尽量避免这种直接把synchronized加在函数定义上的偷懒做法。因为我们要控制同步粒度。同步的代码段越小越好。synchronized控制的范围越小越好。

===============================附：JAVA开发实战经典 源码===============================

package com.synchronization;

class Info{ // 定义信息类

private String name = "李兴华"; // 定义name属性

private String content = "JAVA讲师" ; // 定义content属性

private boolean flag = false ; // 设置标志位

public synchronized void set(String name,String content){

if(!flag){

try{

super.wait() ;

}catch(InterruptedException e){

e.printStackTrace() ;

}

}

this.setName(name) ; // 设置名称

try{

Thread.sleep(300) ;

}catch(InterruptedException e){

e.printStackTrace() ;

}

this.setContent(content) ; // 设置内容

flag = false ; // 改变标志位，表示可以取走

super.notify() ;

}

public synchronized void get(){

if(flag){

try{

super.wait() ;

}catch(InterruptedException e){

e.printStackTrace() ;

}

}

try{

Thread.sleep(300) ;

}catch(InterruptedException e){

e.printStackTrace() ;

}

System.out.println(this.getName() +

" --> " + this.getContent()) ;

flag = true ; // 改变标志位，表示可以生产

super.notify() ;

}

public void setName(String name){

this.name = name ;

}

public void setContent(String content){

this.content = content ;

}

public String getName(){

return this.name ;

}

public String getContent(){

return this.content ;

}

}

class Producer implements Runnable{ // 通过Runnable实现多线程

private Info info = null ; // 保存Info引用

public Producer(Info info){

this.info = info ;

}

public void run(){

boolean flag = false ; // 定义标记位

for(int i=0;i<50;i++){

if(flag){

this.info.set("李兴华","JAVA讲师") ; // 设置名称

flag = false ;

}else{

this.info.set("mldn","www.mldnjava.cn")
; // 设置名称

flag = true ;

}

}

}

}

class Consumer implements Runnable{

private Info info = null ;

public Consumer(Info info){

this.info = info ;

}

public void run(){

for(int i=0;i<50;i++){

this.info.get() ;

}

}

}

public class ThreadCaseDemo{

public static void main(String args[]){

Info info = new Info(); // 实例化Info对象

Producer pro = new Producer(info) ; // 生产者

Consumer con = new Consumer(info) ; // 消费者

new Thread(pro).start() ;

new Thread(con).start() ;

}

}