《Java多线程编程核心技术》对象及变量的并发访问

Posted 2022-12-03 zczpeng

第二章 对象及变量的并发访问。

1，synchronized

多线程学习是一定会遇到的经典问题，“非线程安全”其实会在多个线程对同一个对象中的实例变量进行并发访问时发生，产生的后果就是“脏读”，也就是渠道的数据其实是被更改过的，而“线程安全”就是获得的实例变量的值是经过同步处理过的，不会出现脏读的现象。

①方法内的变量为线程安全。“非线程安全”问题存在于“实例变量”中，如果是方法内部的私有变量，则不存在“非线程安全”问题。

②实例变量非线程安全。两个线程访问同一个对象的同步方法时一定是线程安全的。

③关键字synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码或方法（函数）当做锁，所以，哪个线程先执行带synchronized关键字的方法，哪个线程就持有该方法所属对象的锁Lock，那么其他线程只能呈等待状态，前提是多个线程访问的是同一个对象。但如果多个线程访问多个对象，则JVM会创建多个锁。

④A线程先持有object对象的Lock锁，B线程可以以异步的方式调用object对象中的非synchronized类型的方法。
A线程先持有object对象的Lock锁，B线程如果在这时调用object对象中的synchronized类型的方法则需等待，也就是同步。

⑤脏读，发生脏读的情况是在读取实例变量时，此值已经被其他线程更改过了。

⑥synchronized锁重入。当一个线程得到一个对象锁后，再次请求此对象锁时是可以再次得到该对象的锁的。这也证明在一个synchronized方法/块的内部调用本类的其他synchronized方法/块时，是永远可以得到锁的。“可重入锁”的概念是：自己可以再次获取自己的内部锁，比如有1条线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候，还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。可重入锁也支持在父子类继承的环境中。

⑧出现异常，锁自动释放

2，synchronized同步语句块

用关键字synchronized声明方法在某些情况下是有弊端的，比如A线程调用同步方法执行一个长时间的任务，那么B线程则必须等待较长的时间，在这种情况下可以使用同步语句块来解决。

①当一个线程访问object的一个synchronized同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object对象中的非synchronized（this）同步代码块。

②在使用同步代码块时需要注意的是，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对同一个object中所有其他synchronized（this）同步代码块的访问将被堵塞，这说明synchronized使用的“对象监视器”是一个。

③静态同步synchronized方法与synchronized(class)代码块，对对应的Class类进行持锁。

④程序设计时要避免双方互相持有对方的锁的情况，避免死锁。

3，volatile关键字

主要作用是是变量在多个线程中可见。

使用volatile关键字，强制从公共内存中读取变量的值

关键字synchronized和volatile进行一下比较：
1，关键字volatile只能修饰变量，而synchronized可以修饰方法，以及代码块，随着JDK新版本的发布，synchronized关键字在执行效率上得到很大的提升，在开发中时用synchronized关键字的比率还是比较大的。

2，多线程访问volatile不会发生堵塞，而synchronized会出现堵塞。

3，volatile能保证数据的可见性，但不能保证原子性，而synchronized可以保证原子性，也可以间接保证可见性，因为它会将私有内存和公共内存中的数据做同步。

4，关键字volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性，而synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。

关键字volatile主要使用的场合是在多个线程中可以感知实例变量被更改了，并且可以获得最新的值使用，也就是用多线程读取共享变量是可以获得最新值使用。
关键字volatile提示线程每次从共享内存中读取变量，而不是从私有内存中读取，这样就保证了同步数据的可见性。但在这里需要注意的是：如果修改实例变量中的数据，比如i++,也就是i=i+1,则这样的操作其实并不是一个原子操作，也就是非线程安全的。表达式i++的操作步骤分解如下：
（1）从内存中取出i的值。
（2）计算i的值。
（3）将i的值写到内存中。

假如在第二步计算值的时候，另外一个线程也修改i的值，那么这个时候就会出现脏读数据。解决的办法其实就是使用synchronized关键字，这个知识点在前面的案例中已经介绍过了。所以说volatile本身并不处理数据的原子性，而是强制对数据的读写及时影响到主内存的。
用图来演示一下使用关键字volatile时出现非线程安全的原因。变量在内存中工作的过程如下图所示：
（1）read和load阶段：从主存复制变量到当前线程工作内存。
（2）use和assign阶段：执行代码，改变共享变量值。
（3）store和write阶段：用工作内存数据刷新主存对应变量的值。

在多线程环境中，use和assign是多次出现的，但这一操作并不是原子性，也就是在read和load之后，如果主内存count变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会产生对应的变化，也就是私有内存和公共内存中的变量不用补，所以计算出来的结果汇合预期不一样，也就出现了非线程安全问题。

对于用volatile修饰的变量，JVM虚拟机只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的，例如线程1和线程2在进行read和load的操作中，发现主内存中的count的值都是5，那么都会加载这个最新的值。也就是说，volatile关键字解决的是变量读取时的可见性问题，但无法保证原子性，对于多个线程访问同一个实例变量还是需要加锁同步。

使用原子类进行i++
除了在i++操作是使用synchronized关键字实现同步外，还可以使用AtomicInteger原子类进行实现。
原子操作是不能分割的整体，没有其他线程能够中断或检查正在原子操作中的变量。一个原子类型就是一个原子操作可用的类型，它可以在没有锁的情况下做到线程安全。
关键字synchronized可以保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某一个方法或某一个代码块。它包含两个特征：互斥性和可以见性。同步synchronized不仅可以解决一个线程看到的对象处于不一致的状态，还可以保证进入同步方法或者同步代码块的每个线程，都看到由同一个锁保护之前所有的修改效果。