两个线程频繁进行上下文切换引发的线程安全问题分析以及使用synchronized关键字的解决方案

Posted 2021-05-25 杀手不太冷！

文章目录

• • 两个线程频繁进行上下文切换引发的线程安全问题分析以及使用synchronized关键字的解决方案
  • • 线程安全问题的例子
    • 线程安全问题的解决
    • • synchronized关键字不加在方法上
      • synchronized关键字加到方法上

两个线程频繁进行上下文切换引发的线程安全问题分析以及使用synchronized关键字的解决方案

线程安全问题的例子

两个线程频繁进行上下文切换，如果这个过程中，这两个线程共用了同一个资源，这里是counter静态变量，那么就可能会出现线程安全问题，如下图：

以上的结果可能是正数，负数，零，为什么呢？因为Java中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析。

例如对于i++而言(i为静态变量)，实际会产生如下的JVM字节码指令:

getstatic  i  //获取静态变量i的值
iconst_1      //准备常量0
iadd          //自增
putstatic  i  //将修改后的值存入静态变量i

而对应i–也是类似:

getstatic  i  //获取静态变量i的值
iconst_1      //准备常量0
isub          //自减
putstatic     //将修改后的值存入静态变量i

分析:假设刚开始时静态变量i的值是0，假设t1线程先得到cpu的分时时间片，执行了i++对应的前三个字节码指令，这时候t1线程的时间片用完了，那么这个时候t2线程就得到了cpu的时间片，假设也是执行了i–对应的前三个字节码指令，注意无论是i++对应的前三个字节码指令还是i–对应的前三个字节码指令，此时取得的i静态变量都是0，这个时候t2线程的时间片用完了，t1线程得到时间片，执行i++对应的第四条字节码，把i进行++操作，i从0变成1，然后把i的值存起来，这时候t1线程的时间片用光了，t2线程得到时间片，执行i–对应的第四条字节码，i从0变成-1,然后把i的值存起来，因此执行t1线程执行完i++操作，t2线程执行完i–操作，它的最终结果是i=-1,而不是i=0,这就是说明了，多个线程共享一个资源，会出现线程安全问题。

线程安全问题的解决

synchronized关键字不加在方法上

那么上述的线程安全问题需要怎么解决呢？

第一种解决方案，使用synchronized关键字，语法:

synchronized(对象)//这个对象就是一把锁，要求对象必须是唯一的
{
    临界区
}

上述用的synchronized关键字解决线程安全问题的原理:给临界区加上一个锁，这个锁是唯一的，一个线程执行到这个临界区的时候，都会手里面握着一把锁，下一个线程如果也想要执行临界区内的代码，手里面必须也要握着一把同样的锁，但是如果上一个线程没有执行完的话，它就不会释放这把唯一的锁，所以后面的线程就不能执行这块临界区的代码，后面的线程会进入blocked阻塞状态，只有当前面一个线程临界区代码完毕，释放了唯一锁，这个时候后面的线程才能够获得这把锁去执行临界区的代码。

synchronized关键字的使用如下图：

synchronized实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，比如上图中的例子中，counter++代码和counter–代码都对应着4条JVM字节码指令，synchronized可以保证这4条JVM字节码指令整体运行，不容分割，不会被线程切换打断。

synchronized关键字加到方法上

1.加到非静态方法上，如下:

class Test{
    public synchronized void test(){
        临界区
    }
}
//上面等价于
class Test{
    public void test(){
        synchronized(this){
            临界区
        }
    }
}

2.加到静态方法上，如下:

class Test{
    public synchronized static void test(){
        临界区
    }
}
//等价于
class Test{
    public static void test(){
        synchronized(Test.class){
            临界区
        }
    }
}

如果synchronized关键字应用到了许多个方法上，并且这些方法都是用的同一把锁，那么这些方法都是互斥的，什么意思呢？就是如果有多个线程同时调用这些方法，那么每次只能有一个线程调用其中的一个方法，如下图：

方法用的锁不同，那么它们不会互斥，如下图：