线程同步问题

Posted 2022-02-20 fengwenkai

基本的进程线程概念

线程与进程的区别
　　拥有资源：进程是资源分配的基本单位，但是线程不拥有资源，线程可以访问隶属进程的资源。
　　调度：线程是独立调度的基本单位，在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换，从一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，会引起进程切换。
　　系统开销：由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O 设备等，所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。
　　通信方面：线程间可以通过直接读写同一进程中的数据进行通信，但是进程通信需要借助 IPC。

系统中的进程线程模型是这样的：

 

线程解决同步问题

线程创建的两种方法：
1. 继承runnable接口传入Thread
实例对象作为单实例传递给Thread 所以创建多个线程共用一个实例对象，里面的属性也都是共享的。

2. 继承Thread

多线程工作原理：
线程1：操作步骤–工作内存–总内存。
线程2：操作步骤–工作内存–总内存。
线程3：操作步骤–工作内存–总内存。

流程：
每个线程从总内存中读取内存到工作内存，然后在操作步骤中对共享数据进行操作，将修改后的数据更新到工作内存，再更新到总内存。

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进行交互的，它们之间的交互只能通过共享变量来实现。拿上面的例子来说明，在多个线程之间共享了Count类的一个实例，这个对象是被创建在主内存（堆内存）中，每个线程都有自己的工作内存（线程栈），工作内存存储了主内存count对象的一个副本，当线程操作count对象时，首先从主内存复制count对象到工作内存中，然后执行代码count.count()，改变了num值，最后用工作内存中的count刷新主内存的 count。当一个对象在多个工作内存中都存在副本时，如果一个工作内存刷新了主内存中的共享变量，其它线程也应该能够看到被修改后的值，此为可见性。

　　 多个线程执行时，CPU对线程的调度是随机的，我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，一个银行账户存款100，这时一个人从该账户取10元，同时另一个人向该账户汇10元，那么余额应该还是100。那么此时可能发生这种情况，A线程负责取款，B线程负责汇款，A从主内存读到100，B从主内存读到100，A执行减10操作，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操作，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，我们要保证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。

存在成员变量（全局变量）的类用于多线程时是不安全的，不安全体现在这个成员变量可能发生非原子性的操作。

方法一：

volatile：针对工作内存–总内存
　　　　修饰共享变量，保持数据可见性，适用范围：只读取，不修改。
意思：当多线程访问共享数据的时候只是读取，没有修改，这个时候就可以使用volatile。

　　　　只需在共享数据前面加上volatile修饰，即可实现线程同步。

方法二：

synchronized同步方法和同步块
这两种方式都要用到synchronized关键字。
synchronized：锁住代码块，保持顺序性。
意思就是 使得线程内是顺序执行，线程间是随机。
流程：
　　每个对象都有一个“锁标志”，当这个对象的一个线程访问这个对象的某个synchronized 数据时，这个对象的所有被synchronized 修饰的数据将被上锁（因为“锁标志”被当前线程拿走了），
　　只有当前线程访问完它要访问的synchronized 数据时，当前线程才会释放“锁标志”，这样同一个对象的其它线程才有机会访问synchronized 数据。

　　synchronized 关键字用于保护共享数据 目的是使同一个对象的多个线程，在某个时刻只有其中的一个线程可以访问这个对象的synchronized 数据。
　　所以尽量只给操作共享数据的代码块加synchronized锁一般使用同步块，锁的内容少，开销小。

方法三：

重入锁ReentrantLock

ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例
ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法，但由于能大幅度降低程序运行效率，不推荐使用

　　lock() : 获得锁
　　unlock() : 释放锁

注：关于Lock对象和synchronized关键字的选择：
　　a.最好两个都不用，使用一种java.util.concurrent包提供的机制，能够帮助用户处理所有与锁相关的代码。
　　b.如果synchronized关键字能满足用户的需求，就用synchronized，因为它能简化代码
　　c.如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁

public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run()
　　for (int j = 0; j < 10000; j++)
　　　　lock.lock(); // 看这里就可以
　　　　//lock.lock(); ①
　　　　try
　　　　　　i++;
　　　　　　 finally
　　　　lock.unlock(); // 看这里就可以
　　　　//lock.unlock();②
　　　　
　　

注意：需要手动来释放重入锁

方法四：

局部变量实现线程同步（非阻塞型）
使用局部变量实现线程同步：采用以”空间换时间”的方法，与前面方法采用的”时间换空间”不同
ThreadLocal：
　　注：ThreadLocal与同步机制
　　　　a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。

　　题外话：线程的释放锁重点内容
　　　　wait():使一个线程处于等待状态，并且释放所持有的对象的lock。

sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。
notify():唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且不是按优先级。