Java多线程编程核心技术 第二章

Java多线程编程核心技术 第二章

摘自《Java多线程编程核心技术》一书

对象及变量的并发访问

synchronized同步方法

“非线程安全”有可能导致“脏读”，即取到的数据被更改过的。

当多个线程共同访问1个对象的实例变量，可能会不安全。

“线程安全”——获得的实例变量的值经过同步处理

把变量放在方法里面，这时变量是私有的，就是安全的。

synchronized()生成的是对象锁

*为什么实例化不同的对象，线程就会异步操作？

因为当多个线程访问多个对象时，JVM会创建多个锁，比如，A线程要调用对象X的锁的方法，B线程要调用对象M的锁的方法，B不用等A执行完，就可以调用M的锁。

*只有共享资源的读写访问才需要同步化

如果没有多个线程对同一个对象的实例变量操作，就不会出现线程不安全问题，不需要用同步。

*两个线程访问一个同步方法，一个非同步方法，访问非同步的线程可以用异步方式调用非synchronized类型的方法

脏读

读取实例变量时，此值已经被其他线程更改过了。

用synchronized解决

A线程调用synchronized X方法时，B线程不能调用X方法，但是B可以其他非synchronized的方法。如果B线程也要调用其他synchronized的非X方法，要等A线程调用完X方法，B才能调用其他synchronized的非X方法。

锁重入

在锁内部调用本类的其他synchronized方法，永远可以得到锁。

出现异常，锁自动释放

同步不具有继承性：父类的方法加了synchronized，不代表子类不用加synchronized就能上锁。——子类的方法也需要加synchronized才有效

synchronized同步语句块

弊端：当A线程长时间调用synchronized的方法，B线程就需要等待那么长的时间

解决：使用synchronized同步语句块——半同步，半异步

同步性：一个线程访问synchronized(this)时，其他线程对同一个类的其他synchronized(this)代码块的访问被阻塞

同步语句块是锁定当前对象的

synchronized(非this对象)

锁定非this对象的优点：一个类中如果有很多synchronized方法，synchronized(非this)方法和synchronized(this)方法是异步的，提高了运行效率

例如：

public class Service {
private String usernameParam;
private String passwordParam;
public void setUsernamePassword (String username,String password) {
try {
String anyString = new String();
synchronized (anyString) {
System.out.println ("线程名称为："+Thread.currentThread().getName()+"在"+System.currentTimeMillis()+"进入同步块");
usernameParam = username;
Thread.sleep(3000);
passwordParam = password;
System.out.println("线程名称为："+Thread.currentThread().getName()+"在"+System.currentTimeMillis()+"离开同步块");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

运行结果

线程名称为：A在1403594007194进入同步块

线程名称为：B在1403594007194进入同步块

线程名称为：B在1403594010194离开同步块

线程名称为：A在1403594010194离开同步块

从结果可看出是异步的，因为不是同一个锁，这时候很容易出现“脏读”

3个结论

当多个线程同时执行synchronized（x）{ }同步代码块是呈同步效果。

当其他线程执行x对象中synchronized同步方法时成同步效果。

当其他线程执行x对象方法里面的synchronized(this)代码块时也是同步调用。

静态同步synchronized方法与synchronized(class)代码块

synchronized用在static静态方法上就是对当前的*.java文件对应的Class类进行持锁（整个类锁上了）。

与加到非static方法的使用效果是一样的

本质上的不同是synchronized加到static方法是给Class类上锁，synchronized加到非静态方法上是给对象上锁

例如：

public class Service {
synchronized public static void printA(){
try{
System.out.println("进入printA");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("离开printA");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

synchronized public static void printB(){
System.out.println("进入printB");
System.out.println("离开printB");
}

synchronized public void printC() {
System.out.println("进入printC");
System.out.println("离开printC");
}
}

上面的printA方法和printB方法都是对Service类上锁的，而printC方法是对对象上锁的，所以同样运行时，printC是异步的，printA和printB是同步的。

Class锁对类的所有对象实例起作用，即不同对象但是静态的同步方法仍是同步运行

同步synchronized(class)代码块的作用和synchronized static 方法的作用一样，看下面例子如何上锁——

public class Service {
public static void printA(){
synchronized (Service.class) {
try{
System.out.println("进入printA");
Thread.sleep(3000);
System.out.println("离开printA");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

数据类型String的常量池特性

JVM中具有String常量池缓存的功能

将synchronized(string)同步块与String联合使用时，要注意常量带来的一些例外。（P103有例子）

大多数情况下，synchronized代码块不用String作为锁对象，而改用其他。

比如new Object()实例化一个对象，但它不放入缓存

public class Service {
public static void print(Object object) {
try{
synchronized (object){
while (true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(1000);
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

public class ThreadA extends Thread {
private Service service;
public ThreadA(Service service)  {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.print(new Object());
}
}

public class ThreadB extends Thread {
private Service service;
public ThreadB(Service service)  {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.print(new Object());
}
}

public class Run {
public static void main(String[] args) {
Service service = new Service();
ThreadA a = new ThreadA(Service);
a.setName("A");
a.start();
ThreadB b = new ThreadB(Service);
b.setName("B");
b.start();
}
}

运行结果：

A

B

B

A

A

B

B

A

A

B

B

A

交替打印，持有的锁不是一个。

同步synchronized方法无限等待解决

同步方法容易造成死循环

可以通过同步块来解决

例如：

synchronized public void methodA() {
System.out.println("methodA begin");
boolean isContinueRun = true;
while (isContinueRun) {
}
System.out.println("methodA end");
}

synchronized public void methodB() {
System.out.println("methodB begin");
System.out.println("methodB end");
}

上面代码会造成死循环使其他同步方法无法运行，修改成用同步块

Object object1 = new Object();
public void methodA() {
synchronized (object1) {
System.out.println("methodA begin");
boolean isContinueRun = true;
while (isContinueRun) {
}
System.out.println("methodA end");
}
}

Object object2 = new Object();
public void methodB() {
synchronized (object2) {
System.out.println("methodB begin");
System.out.println("methodB end");
}
}

死锁

“死锁”必须避免，不同线程在等待不可能被释放的锁会导致所有任务无法完成，造成线程的“假死”。

用JDK的工具监测是否有死锁现象

1. 进入CMD工具

2. 进入JDK安装文件夹的bin目录

3. 执行jps命令

4. 执行jstack命令

内置类与静态内置类

什么是内置类

看例子：

public class PublicClass {
private String username;
class PrivateClass {
private String age;
public String getAge(){
return age;
}
public void setAge(String age){
this.age = age;
}
}
public String getUsername(){
return username;
}
public void setUsername(String username){
this.username = username;
}
}

public class Run {
public static void main(String[] args) {
PublicClass publicClass = new PublicClass();
publicClass.setUsername("a");
System.out.println(publicClass.getUsername());

PrivateClass privateClass = publicClass.new PrivateClass();
//是这样实例化的，如果PublicClass.java和Run.java不在同一个包中，则需要将PrivateClass内置声明成public
privateClass.setAge("18");
System.out.println(privateClass.getAge());
}
}

内置类中还有一种叫静态内置类，看以下例子：

public class PublicClass {
static private String username;
static class PrivateClass {
static private String age;
public String getAge(){
return age;
}
public void setAge(String age){
this.age = age;
}
}
public String getUsername(){
return username;
}
public void setUsername(String username){
this.username = username;
}
}

public class Run {
public static void main(String[] args) {
PublicClass publicClass = new PublicClass();
publicClass.setUsername("a");
System.out.println(publicClass.getUsername());

PrivateClass privateClass = new PrivateClass();
//实例化
privateClass.setAge("18");
System.out.println(privateClass.getAge());
}
}

内置类与同步

同步代码块synchronized(class2)对class2上锁，其他线程只能用同步的方式调用class2的静态同步方式。

public class OutClass{
static class InnerClass1{
public void method1(InnerClass2 class2){
synchronized (class2){

}
}
}
static class InnerClass2 {
public synchronized void method2(){

}
}
}

public static void main(String[] args){
final InnerClass1 in1 = new InnerClass1();
final InnerClass2 in2 = new InnerClass2();
Thread t1 = new Thread (new Runnable(){
public void run(){
in1.method1(in2);
}
},"T1");
Thread2 t2 = new Thread(new Runnable(){
public void run(){
in2.method2();
}
},"T2");
t1.start();
t2.start();
}

结果，要在method1()运行完之后method2()才能运行。

锁对象的改变

将任何数据类型作为同步锁时，注意是否有多个线程同时持有锁对象，如果持有相同的锁对象，则线程之间就是同步的；如果分别获得锁对象，线程之间是异步的。

只要对象不变，即使对象的属性被改变，运行结果还是同步。（就是如果对象变了，运行结果就会是异步）

volatile关键字

作用：（使变量在多个线程间可见）强制从公共堆栈中取得变量的值，而不是从线程私有数据栈中取得变量的值。

如果有“多继承”的情况，则也要用实现Runnable接口的方式来处理多线程的问题。

P121 在JVM设置为Server服务器的环境中，线程会一直在私有堆栈中取得值为true，而thread.setRunning(false)更新的是公共堆栈的变量值false，所以会出现死循环。

问题是–私有堆栈中的值和公共堆栈中的值不同步造成的。

解决问题–要用volatile关键字

当线程访问isRunning时，强制性从公共堆栈中取值

public class RunThread extends Thread {
volatile private boolean isRunning = true;
public boolean isRunning(){
return isRunning;
}
public void setRunning(boolean isRunning){
this.isRunning = isRunning;
}
@Override
public void run(){
System.out.println("进入run了");
while(isRunning == true){

}
System.out.println("线程被停止了！");
}
}

public class Run {
public static void main(String[] args) {
try{
RunThread thread = new RunThread();
thread.start();
thread.sleep(1000);
thread.setRunning(false);
System.out.println("已经赋值为false")；
} catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
}

volatile最致命的缺点是不支持原子性。

volatile和synchronized比较：

volatile是线程同步的轻量级实现

volatile比synchronized性能好

volatile只能修饰变量，synchronized可以修饰方法、代码块

多线程访问volatile不会发生阻塞，而synchronized会出现阻塞

volatile能保证数据可见性，但不能保证原子性；

synchronized可以保证原子性，也可间接保证可见性（因为它会将私有内存和公共内存中的数据做同步）

volatile解决多个线程之间的可见性，而synchronized解决多个线程访问资源的同步性。

volatile非原子的特性

线程安全包含原子性和可见性两个方面。

volatile不具备同步性，也就不具备原子性。

主要用于多线程读取共享变量时，获取最新值使用。

注意：如果改变实例变量中的数据，比如i++，也就是i=i+1

这样的操作不是一个原子操作，也就是非线程安全。

步骤分解如下：

1. 从内存中取出i的值

2. 计算i的值

3. 将i的值写到内存

假如在第二步计算值时，另一个线程也修改i的值，这时会出现“脏读”，这是需要用synchronized来解决



多线程环境中，use和assign是多次出现，这一操作不是原子性，所以在read和load之后，如果主内存count变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会发生对应的变化，也就是私有内存和公共内存的变量不同步，所以计算出来的和预期的不一样，就出现非线程安全问题。

AtomicInteger原子类

一个原子类型就是一个原子操作可用的类型，它可以在没有锁的情况下做到线程安全。

public class AddCountThread extends Thread {
private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
@Override
public void run(){
for(int i = 0;i < 10000; i++) {
System.out.println(count.incrementAndGet());
}
}
}

public class Run {
public static void main (String[] args) {
AddCountThread countService = new AddCountThread();
Thread t1 = new Thread(countService);
t1.start();
Thread t2 = new Thread(countService);
t2.start();
Thread t3 = new Thread(countService);
t3.start();
Thread t4 = new Thread(countService);
t4.start();
Thread t5 = new Thread(countService);
t5.start();
}
}

运行结果成功累加到50000

原子类也并不完全安全

原子类在具有逻辑性的情况下输出结果也具有随机性。

- addAndGet()这些原子类的方法是原子的，但是方法与方法之间的调用不是原子的。

synchronized的特性：互斥性和可见性