20200225 Java 多线程-廖雪峰
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了20200225 Java 多线程-廖雪峰相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
Java 多线程(1)-廖雪峰
多线程基础
进程和线程的关系就是:一个进程可以包含一个或多个线程,但至少会有一个线程。
操作系统调度的最小任务单位其实不是进程,而是线程。常用的Windows、Linux等操作系统都采用抢占式多任务,如何调度线程完全由操作系统决定,程序自己不能决定什么时候执行,以及执行多长时间。
Java语言内置了多线程支持:一个Java程序实际上是一个JVM进程,JVM进程用一个主线程来执行main()
方法,在main()
方法内部,我们又可以启动多个线程。此外,JVM还有负责垃圾回收的其他工作线程等。
因此,对于大多数Java程序来说,我们说多任务,实际上是说如何使用多线程实现多任务。
和单线程相比,多线程编程的特点在于:多线程经常需要读写共享数据,并且需要同步。例如,播放电影时,就必须由一个线程播放视频,另一个线程播放音频,两个线程需要协调运行,否则画面和声音就不同步。因此,多线程编程的复杂度高,调试更困难。
Java多线程编程的特点又在于:
- 多线程模型是Java程序最基本的并发模型;
- 后续读写网络、数据库、Web开发等都依赖Java多线程模型。
创建新线程
我们希望新线程能执行指定的代码,有以下几种方法:
- 方法一:从
Thread
派生一个自定义类,然后覆写run()
方法 - 方法二:创建
Thread
实例时,传入一个Runnable
实例
直接调用run()
方法,相当于调用了一个普通的Java方法,当前线程并没有任何改变,也不会启动新线程。
必须调用Thread
实例的start()
方法才能启动新线程,如果我们查看Thread
类的源代码,会看到start()
方法内部调用了一个private native void start0()
方法,native
修饰符表示这个方法是由JVM虚拟机内部的C代码实现的,不是由Java代码实现的。
线程的优先级
可以对线程设定优先级,设定优先级的方法是:
Thread.setPriority(int n) // 1~10, 默认值5
优先级高的线程被操作系统调度的优先级较高,操作系统对高优先级线程可能调度更频繁,但我们决不能通过设置优先级来确保高优先级的线程一定会先执行。
小结
Java用Thread
对象表示一个线程,通过调用start()
启动一个新线程;
一个线程对象只能调用一次start()
方法;
线程的执行代码写在run()
方法中;
线程调度由操作系统决定,程序本身无法决定调度顺序;
Thread.sleep()
可以把当前线程暂停一段时间。
线程的状态
在Java程序中,一个线程对象只能调用一次start()
方法启动新线程,并在新线程中执行run()
方法。一旦run()
方法执行完毕,线程就结束了。因此,Java线程的状态有以下几种:
- New:新创建的线程,尚未执行;
- Runnable:运行中的线程,正在执行
run()
方法的Java代码; - Blocked:运行中的线程,因为某些操作被阻塞而挂起;
- Waiting:运行中的线程,因为某些操作在等待中;
- Timed Waiting:运行中的线程,因为执行
sleep()
方法正在计时等待; - Terminated:线程已终止,因为
run()
方法执行完毕。
用一个状态转移图表示如下:
┌─────────────┐
│ New │
└─────────────┘
│
▼
┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
││ Runnable │ │ Blocked ││
└─────────────┘ └─────────────┘
│┌─────────────┐ ┌─────────────┐│
│ Waiting │ │Timed Waiting│
│└─────────────┘ └─────────────┘│
─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─
│
▼
┌─────────────┐
│ Terminated │
└─────────────┘
当线程启动后,它可以在Runnable
、Blocked
、Waiting
和Timed Waiting
这几个状态之间切换,直到最后变成Terminated
状态,线程终止。
线程终止的原因有:
- 线程正常终止:
run()
方法执行到return
语句返回; - 线程意外终止:
run()
方法因为未捕获的异常导致线程终止; - 对某个线程的
Thread
实例调用stop()
方法强制终止(强烈不推荐使用)。
一个线程还可以等待另一个线程直到其运行结束。例如,main
线程在启动t
线程后,可以通过t.join()
等待t
线程结束后再继续运行
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(() -> {
System.out.println("hello");
});
System.out.println("start");
t.start();
t.join();
System.out.println("end");
}
}
当main
线程对线程对象t
调用join()
方法时,主线程将等待变量t
表示的线程运行结束,即join
就是指等待该线程结束,然后才继续往下执行自身线程。所以,上述代码打印顺序可以肯定是main
线程先打印start
,t
线程再打印hello
,main
线程最后再打印end
。
如果t
线程已经结束,对实例t
调用join()
会立刻返回。此外,join(long)
的重载方法也可以指定一个等待时间,超过等待时间后就不再继续等待。
小结
Java线程对象Thread
的状态包括:New
、Runnable
、Blocked
、Waiting
、Timed Waiting
和Terminated
;
通过对另一个线程对象调用join()
方法可以等待其执行结束;
可以指定等待时间,超过等待时间线程仍然没有结束就不再等待;
对已经运行结束的线程调用join()
方法会立刻返回。
中断线程
如果线程需要执行一个长时间任务,就可能需要能中断线程。中断线程就是其他线程给该线程发一个信号,该线程收到信号后结束执行run()
方法,使得自身线程能立刻结束运行。
我们举个栗子:假设从网络下载一个100M的文件,如果网速很慢,用户等得不耐烦,就可能在下载过程中点“取消”,这时,程序就需要中断下载线程的执行。
中断一个线程非常简单,只需要在其他线程中对目标线程调用interrupt()
方法,目标线程需要反复检测自身状态是否是interrupted状态,如果是,就立刻结束运行。
@Slf4j
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new MyThread();
t.start();
Thread.sleep(10); // 暂停1毫秒
t.interrupt(); // 中断t线程
t.join(); // 等待t线程结束
log.info("end");
}
}
@Slf4j
class MyThread extends Thread {
public void run() {
int n = 0;
while (!isInterrupted()) {
n++;
log.info(n + " hello!");
}
}
}
仔细看上述代码,main
线程通过调用t.interrupt()
方法中断t
线程,但是要注意,interrupt()
方法仅仅向t
线程发出了“中断请求”,至于t
线程是否能立刻响应,要看具体代码。而t
线程的while
循环会检测isInterrupted()
,所以上述代码能正确响应interrupt()
请求,使得自身立刻结束运行run()
方法。
如果线程处于等待状态,例如,t.join()
会让main
线程进入等待状态,此时,如果对main
线程调用interrupt()
,join()
方法会立刻抛出InterruptedException
,因此,目标线程只要捕获到join()
方法抛出的InterruptedException
,就说明有其他线程对其调用了interrupt()
方法,通常情况下该线程应该立刻结束运行。
我们来看下面的示例代码:
@Slf4j
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new MyThread();
t.start();
Thread.sleep(1000);
t.interrupt(); // 中断t线程
t.join(); // 等待t线程结束
log.info("end");
}
}
@Slf4j
class MyThread extends Thread {
public void run() {
Thread hello = new HelloThread();
hello.start(); // 启动hello线程
try {
hello.join(); // 等待hello线程结束
} catch (InterruptedException e) {
log.info("MyThread interrupted!");
}
hello.interrupt();
}
}
@Slf4j
class HelloThread extends Thread {
public void run() {
int n = 0;
while (!isInterrupted()) {
n++;
log.info(n + " hello!");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
log.info("HelloThread interrupted!");
break;
}
}
}
}
main
线程通过调用t.interrupt()
从而通知t
线程中断,而此时t
线程正位于hello.join()
的等待中,此方法会立刻结束等待并抛出InterruptedException
。由于我们在t
线程中捕获了InterruptedException
,因此,就可以准备结束该线程。在t
线程结束前,对hello
线程也进行了interrupt()
调用通知其中断。如果去掉这一行代码,可以发现hello
线程仍然会继续运行,且JVM不会退出。
另一个常用的中断线程的方法是设置标志位。我们通常会用一个running
标志位来标识线程是否应该继续运行,在外部线程中,通过把HelloThread.running
置为false
,就可以让线程结束:
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
HelloThread t = new HelloThread();
t.start();
Thread.sleep(1);
t.running = false; // 标志位置为false
}
}
class HelloThread extends Thread {
public volatile boolean running = true;
public void run() {
int n = 0;
while (running) {
n++;
System.out.println(n + " hello!");
}
System.out.println("end!");
}
}
注意到HelloThread
的标志位boolean running
是一个线程间共享的变量。线程间共享变量需要使用volatile
关键字标记,确保每个线程都能读取到更新后的变量值。
为什么要对线程间共享的变量用关键字volatile
声明?这涉及到Java的内存模型。在Java虚拟机中,变量的值保存在主内存中,但是,当线程访问变量时,它会先获取一个副本,并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值,虚拟机会在某个时刻把修改后的值回写到主内存,但是,这个时间是不确定的!
┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
Main Memory
│ │
┌───────┐┌───────┐┌───────┐
│ │ var A ││ var B ││ var C │ │
└───────┘└───────┘└───────┘
│ │ ▲ │ ▲ │
─ ─ ─│─│─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─│─│─ ─ ─
│ │ │ │
┌ ─ ─ ┼ ┼ ─ ─ ┐ ┌ ─ ─ ┼ ┼ ─ ─ ┐
▼ │ ▼ │
│ ┌───────┐ │ │ ┌───────┐ │
│ var A │ │ var C │
│ └───────┘ │ │ └───────┘ │
Thread 1 Thread 2
└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘ └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘
这会导致如果一个线程更新了某个变量,另一个线程读取的值可能还是更新前的。例如,主内存的变量a = true
,线程1执行a = false
时,它在此刻仅仅是把变量a
的副本变成了false
,主内存的变量a
还是true
,在JVM把修改后的a
回写到主内存之前,其他线程读取到的a
的值仍然是true
,这就造成了多线程之间共享的变量不一致。
因此,volatile
关键字的目的是告诉虚拟机:
- 每次访问变量时,总是获取主内存的最新值;
- 每次修改变量后,立刻回写到主内存。
volatile
关键字解决的是可见性问题:当一个线程修改了某个共享变量的值,其他线程能够立刻看到修改后的值。
如果我们去掉volatile
关键字,运行上述程序,发现效果和带volatile
差不多,这是因为在x86的架构下,JVM回写主内存的速度非常快,但是,换成ARM的架构,就会有显著的延迟。
小结
对目标线程调用interrupt()
方法可以请求中断一个线程,目标线程通过检测isInterrupted()
标志获取自身是否已中断。如果目标线程处于等待状态,该线程会捕获到InterruptedException
;
目标线程检测到isInterrupted()
为true
或者捕获了InterruptedException
都应该立刻结束自身线程;
通过标志位判断需要正确使用volatile
关键字;
volatile
关键字解决了共享变量在线程间的可见性问题。
守护线程
如果有一个线程没有退出,JVM进程就不会退出。所以,必须保证所有线程都能及时结束。
然而这类线程经常没有负责人来负责结束它们。但是,当其他线程结束时,JVM进程又必须要结束,怎么办?
答案是使用守护线程(Daemon Thread)。
守护线程是指为其他线程服务的线程。在JVM中,所有非守护线程都执行完毕后,无论有没有守护线程,虚拟机都会自动退出。
因此,JVM退出时,不必关心守护线程是否已结束。
如何创建守护线程呢?方法和普通线程一样,只是在调用start()
方法前,调用setDaemon(true)
把该线程标记为守护线程:
Thread t = new MyThread();
t.setDaemon(true);
t.start();
在守护线程中,编写代码要注意:守护线程不能持有任何需要关闭的资源,例如打开文件等,因为虚拟机退出时,守护线程没有任何机会来关闭文件,这会导致数据丢失。
小结
守护线程是为其他线程服务的线程;
所有非守护线程都执行完毕后,虚拟机退出;
守护线程不能持有需要关闭的资源(如打开文件等)。
线程同步
当多个线程同时运行时,线程的调度由操作系统决定,程序本身无法决定。因此,任何一个线程都有可能在任何指令处被操作系统暂停,然后在某个时间段后继续执行。
这个时候,有个单线程模型下不存在的问题就来了:如果多个线程同时读写共享变量,会出现数据不一致的问题。
我们来看一个例子:
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
AddThread add = new AddThread();
DecThread dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
Counter.count += 1;
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
上面的代码很简单,两个线程同时对一个int
变量进行操作,一个加10000次,一个减10000次,最后结果应该是0,但是,每次运行,结果实际上都是不一样的。
这是因为对变量进行读取和写入时,结果要正确,必须保证是原子操作。原子操作是指不能被中断的一个或一系列操作。
例如,对于语句:
n = n + 1;
看上去是一行语句,实际上对应了3条指令:
ILOAD
IADD
ISTORE
我们假设n
的值是100
,如果两个线程同时执行n = n + 1
,得到的结果很可能不是102
,而是101
,原因在于:
┌───────┐ ┌───────┐
│Thread1│ │Thread2│
└───┬───┘ └───┬───┘
│ │
│ILOAD (100) │
│ │ILOAD (100)
│ │IADD
│ │ISTORE (101)
│IADD │
│ISTORE (101)│
▼ ▼
如果线程1在执行ILOAD
后被操作系统中断,此刻如果线程2被调度执行,它执行ILOAD
后获取的值仍然是100
,最终结果被两个线程的ISTORE
写入后变成了101
,而不是期待的102
。
这说明多线程模型下,要保证逻辑正确,对共享变量进行读写时,必须保证一组指令以原子方式执行:即某一个线程执行时,其他线程必须等待:
┌───────┐ ┌───────┐
│Thread1│ │Thread2│
└───┬───┘ └───┬───┘
│ │
│-- lock -- │
│ILOAD (100) │
│IADD │
│ISTORE (101) │
│-- unlock -- │
│ │-- lock --
│ │ILOAD (101)
│ │IADD
│ │ISTORE (102)
│ │-- unlock --
▼ ▼
通过加锁和解锁的操作,就能保证3条指令总是在一个线程执行期间,不会有其他线程会进入此指令区间。即使在执行期线程被操作系统中断执行,其他线程也会因为无法获得锁导致无法进入此指令区间。只有执行线程将锁释放后,其他线程才有机会获得锁并执行。这种加锁和解锁之间的代码块我们称之为临界区(Critical Section),任何时候临界区最多只有一个线程能执行。
可见,保证一段代码的原子性就是通过加锁和解锁实现的。Java程序使用synchronized
关键字对一个对象进行加锁:
synchronized(lock) {
n = n + 1;
}
synchronized
保证了代码块在任意时刻最多只有一个线程能执行。我们把上面的代码用synchronized
改写如下:
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
AddThread add = new AddThread();
DecThread dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static final Object lock = new Object();
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (Counter.lock) {
Counter.count += 1;
}
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (Counter.lock) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
}
注意到代码:
synchronized(Counter.lock) { // 获取锁
...
} // 释放锁
它表示用Counter.lock
实例作为锁,两个线程在执行各自的synchronized(Counter.lock) { ... }
代码块时,必须先获得锁,才能进入代码块进行。执行结束后,在synchronized
语句块结束会自动释放锁。这样一来,对Counter.count
变量进行读写就不可能同时进行。上述代码无论运行多少次,最终结果都是0。
使用synchronized
解决了多线程同步访问共享变量的正确性问题。但是,它的缺点是带来了性能下降。因为synchronized
代码块无法并发执行。此外,加锁和解锁需要消耗一定的时间,所以,synchronized
会降低程序的执行效率。
我们来概括一下如何使用synchronized
:
- 找出修改共享变量的线程代码块;
- 选择一个共享实例作为锁;
- 使用
synchronized(lockObject) { ... }
。
在使用synchronized
的时候,不必担心抛出异常。因为无论是否有异常,都会在synchronized
结束处正确释放锁:
public void add(int m) {
synchronized (obj) {
if (m < 0) {
throw new RuntimeException();
}
this.value += m;
} // 无论有无异常,都会在此释放锁
}
我们再来看一个错误使用synchronized
的例子:
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
AddThread add = new AddThread();
DecThread dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static final Object lock1 = new Object();
public static final Object lock2 = new Object();
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock1) {
Counter.count += 1;
}
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock2) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
}
结果并不是0,这是因为两个线程各自的synchronized
锁住的不是同一个对象!这使得两个线程各自都可以同时获得锁:因为JVM只保证同一个锁在任意时刻只能被一个线程获取,但两个不同的锁在同一时刻可以被两个线程分别获取。
因此,使用synchronized
的时候,获取到的是哪个锁非常重要。锁对象如果不对,代码逻辑就不对。
我们再看一个例子:
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Thread[] ts = new Thread[]{new AddStudentThread(), new DecStudentThread(), new AddTeacherThread(), new DecTeacherThread()};
for (Thread t : ts) {
t.start();
}
for (Thread t : ts) {
t.join();
}
System.out.println(Counter.studentCount);
System.out.println(Counter.teacherCount);
}
}
class Counter {
public static final Object lock = new Object();
public static int studentCount = 0;
public static int teacherCount = 0;
}
class AddStudentThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (Counter.lock) {
Counter.studentCount += 1;
}
}
}
}
class DecStudentThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (Counter.lock) {
Counter.studentCount -= 1;
}
}
}
}
class AddTeacherThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (Counter.lock) {
Counter.teacherCount += 1;
}
}
}
}
class DecTeacherThread extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
synchronized (Counter.lock) {
Counter.teacherCount -= 1;
}
}
}
}
上述代码的4个线程对两个共享变量分别进行读写操作,但是使用的锁都是Counter.lock
这一个对象,这就造成了原本可以并发执行的Counter.studentCount += 1
和Counter.teacherCount += 1
,现在无法并发执行了,执行效率大大降低。实际上,需要同步的线程可以分成两组:AddStudentThread
和DecStudentThread
,AddTeacherThread
和DecTeacherThread
,组之间不存在竞争,因此,应该使用两个不同的锁,即:
AddStudentThread
和DecStudentThread
使用lockStudent
锁:
synchronized(Counter.lockStudent) {
...
}
AddTeacherThread
和DecTeacherThread
使用lockTeacher
锁:
synchronized(Counter.lockTeacher) {
...
}
这样才能最大化地提高执行效率。
不需要synchronized的操作
JVM规范定义了几种原子操作:
- 基本类型(
long
和double
除外)赋值,例如:int n = m
; - 引用类型赋值,例如:
List list = anotherList
。
long
和double
是64位数据,JVM没有明确规定64位赋值操作是不是一个原子操作,不过在x64平台的JVM是把long
和double
的赋值作为原子操作实现的。
单条原子操作的语句不需要同步。例如:
public void set(int m) {
synchronized(lock) {
this.value = m;
}
}
就不需要同步。
对引用也是类似。例如:
public void set(String s) {
this.value = s;
}
上述赋值语句并不需要同步。
但是,如果是多行赋值语句,就必须保证是同步操作,例如:
class Pair {
int first;
int last;
public void set(int first, int last) {
synchronized(this) {
this.first = first;
this.last = last;
}
}
}
有些时候,通过一些巧妙的转换,可以把非原子操作变为原子操作。例如,上述代码如果改造成:
class Pair {
int[] pair;
public void set(int first, int last) {
int[] ps = new int[] { first, last };
this.pair = ps;
}
}
就不再需要同步,因为this.pair = ps
是引用赋值的原子操作。而语句:
int[] ps = new int[] { first, last };
这里的ps
是方法内部定义的局部变量,每个线程都会有各自的局部变量,互不影响,并且互不可见,并不需要同步。
小结
多线程同时读写共享变量时,会造成逻辑错误,因此需要通过synchronized
同步;
同步的本质就是给指定对象加锁,加锁后才能继续执行后续代码;
注意加锁对象必须是同一个实例;
对JVM定义的单个原子操作不需要同步。
同步方法
如果一个类被设计为允许多线程正确访问,我们就说这个类就是“线程安全”的(thread-safe),上面的Counter
类就是线程安全的。Java标准库的java.lang.StringBuffer
也是线程安全的。
还有一些不变类,例如String
,Integer
,LocalDate
,它们的所有成员变量都是final
,多线程同时访问时只能读不能写,这些不变类也是线程安全的。
最后,类似Math
这些只提供静态方法,没有成员变量的类,也是线程安全的。
除了上述几种少数情况,大部分类,例如ArrayList
,都是非线程安全的类,我们不能在多线程中修改它们。但是,如果所有线程都只读取,不写入,那么ArrayList
是可以安全地在线程间共享的。
没有特殊说明时,一个类默认是非线程安全的。
下面两种写法是等价的:
public void add(int n) {
synchronized(this) { // 锁住this
count += n;
} // 解锁
}
public synchronized void add(int n) { // 锁住this
count += n;
} // 解锁
因此,用synchronized
修饰的方法就是同步方法,它表示整个方法都必须用this
实例加锁。
对于static
方法,是没有this
实例的,因为static
方法是针对类而不是实例。但是我们注意到任何一个类都有一个由JVM自动创建的Class
实例,因此,对static
方法添加synchronized
,锁住的是该类的class
实例。下面两种写法是等价的:
public class Counter {
public synchronized static void test(int n) {
...
}
}
public class Counter {
public static void test(int n) {
synchronized(Counter.class) {
...
}
}
}
考察Counter
的get()
方法:
public class Counter {
private int count;
public int get() {
return count;
}
...
}
它没有同步,因为读一个int
变量不需要同步。
然而,如果我们把代码稍微改一下,返回一个包含两个int
的对象:
public class Counter {
private int first;
private int last;
public Pair get() {
Pair p = new Pair();
p.first = first;
p.last = last;
return p;
}
...
}
就必须要同步了。
小结
用synchronized
修饰方法可以把整个方法变为同步代码块,synchronized
方法加锁对象是this
;
通过合理的设计和数据封装可以让一个类变为“线程安全”;
一个类没有特殊说明,默认不是thread-safe;
多线程能否安全访问某个非线程安全的实例,需要具体问题具体分析。
死锁
Java的线程锁是可重入的锁。
什么是可重入的锁?我们还是来看例子:
public class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void add(int n) {
if (n < 0) {
dec(-n);
} else {
count += n;
}
}
public synchronized void dec(int n) {
count += n;
}
}
观察synchronized
修饰的add()
方法,一旦线程执行到add()
方法内部,说明它已经获取了当前实例的this
锁。如果传入的n < 0
,将在add()
方法内部调用dec()
方法。由于dec()
方法也需要获取this
锁,现在问题来了:
对同一个线程,能否在获取到锁以后继续获取同一个锁?
答案是肯定的。JVM允许同一个线程重复获取同一个锁,这种能被同一个线程反复获取的锁,就叫做可重入锁。
由于Java的线程锁是可重入锁,所以,获取锁的时候,不但要判断是否是第一次获取,还要记录这是第几次获取。每获取一次锁,记录+1,每退出synchronized
块,记录-1,减到0的时候,才会真正释放锁。
死锁
一个线程可以获取一个锁后,再继续获取另一个锁。例如:
public void add(int m) {
synchronized(lockA) { // 获得lockA的锁
this.value += m;
synchronized(lockB) { // 获得lockB的锁
this.another += m;
} // 释放lockB的锁
} // 释放lockA的锁
}
public void dec(int m) {
synchronized(lockB) { // 获得lockB的锁
this.another -= m;
synchronized(lockA) { // 获得lockA的锁
this.value -= m;
} // 释放lockA的锁
} // 释放lockB的锁
}
在获取多个锁的时候,不同线程获取多个不同对象的锁可能导致死锁。对于上述代码,线程1和线程2如果分别执行add()
和dec()
方法时:
- 线程1:进入
add()
,获得lockA
; - 线程2:进入
dec()
,获得lockB
。
随后:
- 线程1:准备获得
lockB
,失败,等待中; - 线程2:准备获得
lockA
,失败,等待中。
此时,两个线程各自持有不同的锁,然后各自试图获取对方手里的锁,造成了双方无限等待下去,这就是死锁。
死锁发生后,没有任何机制能解除死锁,只能强制结束JVM进程。
因此,在编写多线程应用时,要特别注意防止死锁。因为死锁一旦形成,就只能强制结束进程。
那么我们应该如何避免死锁呢?答案是:线程获取锁的顺序要一致。即严格按照先获取lockA
,再获取lockB
的顺序,改写dec()
方法如下:
public void dec(int m) {
synchronized(lockA) { // 获得lockA的锁
this.value -= m;
synchronized(lockB) { // 获得lockB的锁
this.another -= m;
} // 释放lockB的锁
} // 释放lockA的锁
}
小结
Java的synchronized
锁是可重入锁;
死锁产生的条件是多线程各自持有不同的锁,并互相试图获取对方已持有的锁,导致无限等待;
避免死锁的方法是多线程获取锁的顺序要一致。
参考
以上是关于20200225 Java 多线程-廖雪峰的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
廖雪峰Java11多线程编程-4线程工具类-1ThreadLocal
廖雪峰Java11多线程编程-2线程同步-2synchronized方法
廖雪峰Java11多线程编程-3高级concurrent包-1ReentrantLock
廖雪峰Java11多线程编程-3高级concurrent包-5Atomic