Java线程与并发编程实践----同步

Posted 2020-10-20

    上一节我们知道了java如何创建线程并启动，当线程之间没有交互，程序开发就十分简单了，但如果线程之间发生交互，通过共享变量的方式

进行交互，就会引发很多线程不安全问题，如，竞态条件，数据竞争以及缓存变量。

    竞态条件：当计算的正确性取决于相对时间或者调度器所控制的多线程交叉时，竞态条件就会发生。如下例子：

if(a == 10.0){
    b = a / 2.0;
}

    假如一条线程已经执行完了if(a == 10.0),突然被调度器所停止，另一条线程开始执行，并且修改a = 20，此时继续执行第一条线程，则b = 10。

这就产生了问题

    数据竞争：数据竞争指的是两条或两条以上的线程并发的访问同一块内存区域，同时其中至少有一条是为了写，而且这些线程没有协调对那块内存

域的访问。当满足这些条件的时候，访问顺序就是不确定的。依据这种顺序，每次运行都可能会产生不同的结果

    缓存变量：为了提升性能，编译器Java虚拟机以及操作系统会协调在寄存器中或处理器缓存中缓存变量，而不是依赖主存，每条线程都会有其自己的

变量拷贝。当线程写入这个变量的时候，其实是写入自己的拷贝；其他线程不太可能看到自己的变量拷贝发生更改。

    同步可以解决以上问题，方式有同步代码块和同步方法。

//同步代码块
synchronized(lock){
    //需要同步的代码
}
//同步方法
public synchronized void method(){
    //需要同步的代码
}

    使用synchronized进行同步，它具有互斥性和可见性。互斥性即为每条线程对临界区的访问都是互斥的，可见性指线程进入临界区后，都是从主存中读取

变量的值，离开时又将变量的值写入主存，因此，他总能看到共享变量最近的修改。而同步是通过监听器实现的，，每一个Java对象都和一个监听器相关联，这样线

程就可以通过释放和获取监听器的锁来上锁和解锁，而一个线程只能持有一个锁，以此来实现同步。但是锁的使用虽然可以实现同步，但也会面临死锁，活锁，饿死

的挑战。

    死锁：线程1等待线程2互斥持有的资源，而线程2也在等待线程1互斥持有的资源，两个线程都无法继续执行

    活锁：一个线程持续重试一个失败的操作，无法继续执行

    饿死：一个线程一直被调度器延时访问其赖以执行的资源。无法继续执行

Java语言和JVM并未提供避免以上问题的方式以及差错办法，因此主要靠我们在编程过程中自己注意，最简单的就是尽量减少同步方法、同步块之间的相互调用

    Java中还提供了一种更弱的仅仅包含可见性的同步形式，即volatile关键字，有的情况下，我们只需要关注代码的可见性问题，而不在乎他的互斥性，此时使用synchronized

就显得没有必要，我们应该考虑使用volatile，使用volatile标记的属性，线程在访问他时不会读取缓存变量的数据，而是从主存中读取。还有值的注意的是，使用volatile

修饰double和long类型时，应该避免在32位的操作系统上这样做，因为double、long是8个字节64个bit，在32位操作系统上它的读取分为两步，每一步取32位的数据，

volatile保证了可见性，但不能保证操作的原子性，因此应该注意编码。使用volatile时不能与final进行连用，因为final本来就可以确保线程访问的安全性，它修饰一个

属性，属性的引用不能被修改，而且引用也不能被缓存。