java里的多线程同步机制

  要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性，可见性和有序性。多个线程之间是不能直接传递数据交互的，它们之间的交互只能经过共享变量来实现。拿上篇博文中的例子来讲明，在多个线程之间共享了Count类的一个对象，这个对象是被建立在主内存(堆内存)中，每一个线程都有本身的工做内存(线程栈)，工做内存存储了主内存Count对象的一个副本，当线程操做Count对象时，首先从主内存复制Count对象到工做内存中，而后执行代码count.count()，改变了num值，最后用工做内存Count刷新主内存Count。当一个对象在多个内存中都存在副本时，若是一个内存修改了共享变量，其它线程也应该可以看到被修改后的值，此为可见性。多个线程执行时，CPU对线程的调度是随机的，咱们不知道当前程序被执行到哪步就切换到了下一个线程，一个最经典的例子就是银行汇款问题，一个银行帐户存款100，这时一我的从该帐户取10元，同时另外一我的向该帐户汇10元，那么余额应该仍是100。那么此时可能发生这种状况，A线程负责取款，B线程负责汇款，A从主内存读到100，B从主内存读到100，A执行减10操做，并将数据刷新到主内存，这时主内存数据100-10=90，而B内存执行加10操做，并将数据刷新到主内存，最后主内存数据100+10=110，显然这是一个严重的问题，咱们要保证A线程和B线程有序执行，先取款后汇款或者先汇款后取款，此为有序性。本文讲述了JDK5.0以前传统线程的同步方式，更高级的同步方式可参见Java线程(八)：锁对象Lock-同步问题更完美的处理方式。

        下面一样用代码来展现一下线程同步问题。

        TraditionalThreadSynchronized.java：建立两个线程，执行同一个对象的输出方法。

 

1 public class TraditionalThreadSynchronized {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         final Outputter output = new Outputter();
 4         new Thread() {
 5             public void run() {
 6                 output.output("zhangsan");
 7             };
 8         }.start();        
 9         new Thread() {
10             public void run() {
11                 output.output("lisi");
12             };
13         }.start();
14     }
15 }
16 class Outputter {
17     public void output(String name) {
18         // TODO 为了保证对name的输出不是一个原子操做，这里逐个输出name的每一个字符
19         for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
20             System.out.print(name.charAt(i));
21             // Thread.sleep(10);
22         }
23     }
24 }

 

        运行结果： zhlainsigsan  

        显然输出的字符串被打乱了，咱们指望的输出结果是zhangsanlisi，这就是线程同步问题，咱们但愿output方法被一个线程完整的执行完以后再切换到下一个线程，Java中使用synchronized保证一段代码在多线程执行时是互斥的，有两种用法：

 1. 使用synchronized将须要互斥的代码包含起来，并上一把锁。

        这把锁必须是须要互斥的多个线程间的共享对象，像下面的代码是没有意义的。

 

1 {
2     Object lock = new Object();
3     synchronized (lock) {
4         for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
5             System.out.print(name.charAt(i));
6         }
7     }
8 }

        每次进入output方法都会建立一个新的lock，这个锁显然每一个线程都会建立，没有意义。

 

        2. 将synchronized加在须要互斥的方法上。

 

1 public synchronized void output(String name) {
2     // TODO 线程输出方法
3     for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
4         System.out.print(name.charAt(i));
5     }
6 }

 

        这种方式就至关于用this锁住整个方法内的代码块，若是用synchronized加在静态方法上，就至关于用××××.class锁住整个方法内的代码块。使用synchronized在某些状况下会形成死锁，死锁问题之后会说明。使用synchronized修饰的方法或者代码块能够当作是一个原子操做。

 

        每一个锁对(JLS中叫monitor)都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列，就绪队列存储了将要得到锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程，当一个线程被唤醒(notify)后，才会进入到就绪队列，等待CPU的调度，反之，当一个线程被wait后，就会进入阻塞队列，等待下一次被唤醒，这个涉及到线程间的通讯，下一篇博文会说明。看咱们的例子，当第一个线程执行输出方法时，得到同步锁，执行输出方法，刚好此时第二个线程也要执行输出方法，但发现同步锁没有被释放，第二个线程就会进入就绪队列，等待锁被释放。一个线程执行互斥代码过程以下：

        1. 得到同步锁；

        2. 清空工做内存；

        3. 从主内存拷贝对象副本到工做内存；

        4. 执行代码(计算或者输出等)；

        5. 刷新主内存数据；

        6. 释放同步锁。

        因此，synchronized既保证了多线程的并发有序性，又保证了多线程的内存可见性。

 

 

        volatile是第二种Java多线程同步的机制，一个变量能够被volatile修饰，在这种状况下内存模型(主内存和线程工做内存)确保全部线程能够看到一致的变量值，来看一段代码：

1 class Test {
 2     static int i = 0, j = 0;
 3     static void one() {
 4         i++;
 5         j++;
 6     }
 7     static void two() {
 8         System.out.println("i=" + i + " j=" + j);
 9     }
10 }

 

 

        一些线程执行one方法，另外一些线程执行two方法，two方法有可能打印出j比i大的值，按照以前分析的线程执行过程分析一下：

 

        1. 将变量i从主内存拷贝到工做内存；

        2. 改变i的值；

        3. 刷新主内存数据；

        4. 将变量j从主内存拷贝到工做内存；

        5. 改变j的值；

        6. 刷新主内存数据；

        这个时候执行two方法的线程先读取了主存i原来的值又读取了j改变后的值，这就致使了程序的输出不是咱们预期的结果，要阻止这种不合理的行为的一种方式是在one方法和two方法前面加上synchronized修饰符：

1 class Test {
 2     static int i = 0, j = 0;
 3     static synchronized void one() {
 4         i++;
 5         j++;
 6     }
 7     static synchronized void two() {
 8         System.out.println("i=" + i + " j=" + j);
 9     }
10 } 

       根据前面的分析，咱们能够知道，这时one方法和two方法不再会并发的执行了，i和j的值在主内存中会一直保持一致，而且two方法输出的也是一致的。另外一种同步的机制是在共享变量以前加上volatile：

 

1 class Test {
 2     static volatile int i = 0, j = 0;
 3     static void one() {
 4         i++;
 5         j++;
 6     }
 7     static void two() {
 8         System.out.println("i=" + i + " j=" + j);
 9     }
10 }

  

       one方法和two方法还会并发的去执行，可是加上volatile能够将共享变量i和j的改变直接响应到主内存中，这样保证了主内存中i和j的值一致性，然而在执行two方法时，在two方法获取到i的值和获取到j的值中间的这段时间，one方法也许被执行了好屡次，致使j的值会大于i的值。因此volatile能够保证内存可见性，不能保证并发有序性。

       尽可能用synchronized来处理同步问题，线程阻塞这玩意简单粗暴。另外volatile和final不能同时修饰一个字段，能够想一想为何。

        本文来自：高爽|Coder，原文地址：http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7424694，转载请注明。