线程同步synchronized和volatile

上篇经过一个简单的例子说明了线程安全与不安全，在例子中不安全的状况下输出的结果刚好是逐个递增的，为何会产生这样的结果呢，由于创建的Count对象是线程共享的，一个线程改变了其成员变量num值，下一个线程正巧读到了修改后的num，因此会递增输出。

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。由上述可知，一个运算赋值操做并非一个原子性操做，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从出内存读到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。

看代码,TranditionalThead.java建立两个线程去访问同一个方法

package org.thread;

public class TranditionalThead {

	
	public static void main(String[] args) {
		final Outputer outputer = new Outputer();
		Runnable runnable1 = new Runnable(){
			public void run(){
				outputer.input("HeinrichChen");
			};
			
		};
		
		Runnable runnable2 = new Runnable(){
			
			public void run(){
				outputer.input("Heinrich.Shen");
			}
		};
		
		
		new Thread(runnable1).start();
		new Thread(runnable2).start();
	}
	
	 
}

package org.thread;

public class Outputer {
	
	public void input(String name){
		
			for(int i =0;i<name.length();i++){
				System.out.print(name.charAt(i));
			}
		
	}

}

运行的结果:

 

  HHeinrich.eSheninrichChen
  我想要的结果是
  HeinrichChenHeinrich.Shen

  这个时候他们会出现咱们不想要出现的事情   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在切换到下一个线程，   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：

第一种

synchronized (this) {
			for(int i =0;i<name.length();i++){
				System.out.print(name.charAt(i));
			}
		}

锁住咱们须要操做的代码块

使用synchronized将须要互斥的代码包含起来，并上一把锁。

运行的结果是

  HeinrichChenHeinrich.Shen

这就是我想要的结果

第二种

将synchronized加在须要互斥的方法上。

也便是

HeinrichChenHeinrich.Shen

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。

每一个锁对象都有两个队列，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多线程同步的手段，根据JLS的说法，一个变量能够被volatile修饰，

在这种状况下内存模型确保全部线程能够看到一致的变量值，来看一段代码：

package org.thread;

public class CountNum {

	public static int i = 0, j = 0;

	public static void count() {

		for (int m = 0; m < 10000; m++) {

			j++;

			i++;
		}

	}

	public static void show() {
		if (i < j) {
			System.out.println("i==>" + i + "==="
					+ Thread.currentThread().getName());
			System.out.println("j==>" + j + "==="
					+ Thread.currentThread().getName());
		}
	}
}

一些线程执行one方法，另外一些线程执行count方法，show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show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，那么能够在共享变量以前加上volatile。

package org.thread;

public class CountNum {

	public volatile static int i = 0, j = 0;

	public static void count() {

		for (int m = 0; m < 10000; m++) {

			j++;

			i++;
		}

	}

	public static void show() {
		if (i < j) {
			System.out.println("i==>" + i + "==="
					+ Thread.currentThread().getName());
			System.out.println("j==>" + j + "==="
					+ Thread.currentThread().getName());
		}
	}
}

package org.thread;

public class CountTest {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		
		Runnable runnable1 = new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				
				new CountNum().count();
			}
		};
		
		Runnable runnable2 = new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				new CountNum().show();
			}
		};
		
		
		for(int i=0;i<1000;i++){
			new Thread(runnable1).start();
			new Thread(runnable2).start();
		}
		
	}
	

}

i==>4938===Thread-3
j==>7160===Thread-3
i==>7951===Thread-7
j==>8328===Thread-7
i==>8814===Thread-11
j==>9169===Thread-11
i==>18925===Thread-15

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i和j的值能够保持一致，然而咱们不能保证执行two方法的线程是在i和j执行到什么程度获取到的，因此volatile能够保证内存可见性，不能保证并发有序性。