实现多线程的同步

  在多线程的环境下,经常会遇到数据的共享问题,即当多个线程需要访问同一资源时,它们需要以某种顺序来确保该资源在某一时刻只能被一个线程使用,否则,程序的运行结果将会是不可预料的,在这种情况下,就必须对数据进行同步。

  在Java中,提供了四种方式来实现同步互斥访问:synchronized、Lock、wait() /notify() /notifyAll()方法和CAS。

一、synchronized 的用法

1、同步代码块

synchronized(object)
{

}

  表示线程在执行的时候会将object对象上锁。(注意这个对象可以是任意类的对象,也可以使用this关键字或者是class对象)。

  可能一个方法中只有几行代码会涉及到线程同步问题,所以synchronized块比synchronized方法更加细粒度地控制了多个线程的访问,只有synchronized块中的内容不能同时被多个线程访问,方法中其他语句仍然可以同时被多个线程所访问(包括synchronized块之前的和之后的)。

2、修饰非静态的方法

  当synchronized关键字修饰一个方法的时候,该方法叫做同步方法。

  Java中的每个对象都有一个锁(lock),或者叫做监视器(monitor),当一个线程访问某个对象的synchronized方法时,将该对象上锁,其他任何线程都无法再去访问该对象的synchronized方法了(这里是指所有的同步方法,而不仅仅是同一个方法),直到之前的那个线程执行方法完毕后,(或者是抛出了异常),才将该对象的锁释放掉,其他线程才有可能再去访问该对象的synchronized方法。

  注意这时候是给对象上锁,如果是不同的对象,则各个对象之间没有限制关系。

  注意,如果一个对象有多个synchronized方法,某一时刻某个线程已经进入到了某个synchronized方法,那么在该方法没有执行完毕前,其他线程是无法访问该对象的任何synchronized方法的。

3、修饰静态的方法

  当一个synchronized关键字修饰的方法同时又被static修饰,之前说过,非静态的同步方法会将对象上锁,但是静态方法不属于对象,而是属于类,它会将这个方法所在的类的Class对象上锁。一个类不管生成多少个对象,它们所对应的是同一个Class对象。

  因此,当线程分别访问同一个类的两个对象的两个static,synchronized方法时,它们的执行顺序也是顺序的,也就是说一个线程先去执行方法,执行完毕后另一个线程才开始。

结论:

  synchronized方法是一种粗粒度的并发控制,某一时刻,只能有一个线程执行该synchronized方法。

  synchronized块则是一种细粒度的并发控制,只会将块中的代码同步,位于方法内,synchronized块之外的其他代码是可以被多个线程同时访问到的。

二、Lock 的用法

使用Lock必须在 try-catch-finally块中进行,并且将释放锁的操作放在finally块中进行,以保证锁一定被释放,防止死锁的发生。通常使用Lock来进行同步的话,是以下面这种形式去使用的:

Lock lock = ...;
lock.lock();
try{
    //处理任务
}catch(Exception e){

}finally{
    lock.unlock();  //释放锁  
}

 Lock和synchronized的区别和Lock的优势

  1)Lock是一个接口,而synchronized是Java关键字,synchronized是内置的语言实现l

  2)synchronized在发生异常时,会自动释放线程占有的锁,因此不会导致死锁现象发生;而Lock在发生异常时,如果没有主动通过unlock()去释放锁,则很可能造成死锁现象,因此使用Lock时需要在finally块中释放锁;

  3)Lock可以让等待锁的线程响应中断(可中断锁),而synchronized却不行,使用synchronized时,等待的线程会一直等待下去,不能够响应中断(不可中断锁);

  4)通过Lock可以知道有没有成功获取锁(tryLock()方法:如果获取了锁,则返回true;否则返回false,也就是说这个方法无论如何都会立即返回。在拿不到锁时不会一直在那等待。),而synchronized却无法办到。

  5)Lock可以提高多个线程进行读操作的效率(读写锁)。

  6)Lock可以实现公平锁,synchronized不保证公平锁。

  在性能上来说,如果线程竞争资源不激烈时,两者的性能是差不多的,而当竞争资源非常激烈时(既有大量线程同时竞争),此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说,在具体使用时要根据适当情况选择。

扩展1:volatile 和 synchronized 区别

  1)volatile是变量修饰符,而synchronized则作用于代码块或方法。

  2)volatile不会对变量加锁,不会造成线程的阻塞;synchronized会对变量加锁,可能会造成线程的阻塞。

  3)volatile仅能实现变量的修改可见性,并不能保证原子性;而synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性。(synchronized有两个重要含义:它确保了一次只有一个线程可以执行代码受保护部分(互斥),而且它确保了一个线程更改的数据对于其他线程是可见的(更改的可见性),在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存中)。

  4)volatile标记的变量不会被编译器优化,禁止指令重排序;synchronized标记的变量可以被编译器优化。

扩展2:什么场景下可以使用volatile 替换 synchronized?

  只需要保证共享资源的可见性的时候可以使用volatile替代,synchronized保证可操作的原子性,一致性和可见性。

三、wait()、notify()、notifyAll()的用法(Java中怎样唤醒一个阻塞的线程?)

  在Java发展史上曾经使用suspend()、resume()方法对于线程进行阻塞唤醒,但随之出现很多问题,比较典型的还是死锁问题。

  解决方案可以使用以对象为目标的阻塞,即利用Object类的wait()和notify()方法实现线程阻塞。

  首先,wait、notify方法是针对对象的,调用任意对象的wait()方法都将导致线程阻塞,阻塞的同时也将释放该对象的锁,相应地,调用任意对象的notify()方法则将随机解除该对象阻塞的线程,但它需要重新获取该对象的锁,知道获取成功才能往下执行;其次,wait、notify方法必须在synchronized块或方法中被调用,并且要保证同步块或方法的锁对象与调用wait、notify方法的对象是同一个,如此一来在调用wait之前当前线程就已经成功获取某对象的锁,执行wait阻塞后当前线程就将之前获取的对象锁释放。

扩展1:为什么 wait()、notify()、notifyAll()等方法都定义在Object类中?

  因为这三个方法都需要定义在同步代码块或同步方法中,这些方法的调用是依赖锁对象的,而同步代码块或同步方法中的锁对象可以是任意对象,那么能被任意对象调用的方法一定定义在Object中。

扩展2:notify() 和notifyAll()有什么区别?

  notify() 和 notifyAll()都是Object对象用于通知处在等待该对象的线程的方法。

  void notify():唤醒一个正在等待该对象的线程,进入就绪队列等待CPU的调度。

  void notifyAll():唤醒所有正在等待该对象的线程,进入就绪队列等待CPU的调度。

两者的最大区别在于:

  notifyAll:使所有原来在该对象上等待被notify的线程统统退出wait状态,变成等待该对象上的锁,一旦该队现被解锁,它们就会去竞争。

  notify:它只是选择一个wait状态线程进行通知,并使它获得该对象上的锁,但不惊动其他同样在等待被该对象notify的线程们,当一个线程运行完毕以后释放对象上的锁,此时如果该对象没有再次使用notify语句,即便该对象已经空闲,直到wait状态等待的线程由于没有得到该对象的通知,继续处在wait状态,知道这个对象发出一个notify或notifyAll,它们等待的是被notify或notifyAll,而不是锁。

四、CAS

  它是一种非阻塞的同步方式。具体参见前期内容。

扩展1:同步锁的分类?

  synchronized 和 Lock都是悲观锁。

  乐观锁,CAS同步原语,如原子类,非阻塞同步方式。

扩展2:锁的分类?

  一种是代码层次上的,如Java中的同步锁,可重入锁,公平锁,读写锁。

  另外一种是数据库层次上的,比较典型的就是悲观锁和乐观锁,表锁,行锁,页锁。

扩展3:Java中的悲观锁和乐观锁?

  悲观锁:悲观锁是认为肯定有其他线程来争夺资源,因此不管到底会不会发生争夺,悲观锁总是会先去锁住资源,会导致其他所有需要锁的线程挂起,等待持有锁的线程释放锁。synchronized和Lock都是悲观锁。

  乐观锁:每次不加锁,假设没有冲突去完成某项操作,如果因为冲突失败就重试,直到成功为止。就是当去做某个修改或其他操作的时候,它认为不会有其它线程来做同样的操作(竞争),这是一种乐观的态度,通常是基于CAS原子指令来实现的。CAS通常不会将线程挂起,因此有时性能会好一些。乐观锁的一种实现方式---CAS。

 

posted @ 2020-04-19 13:25  MrHH  阅读(233)  评论(0编辑  收藏