线程的同步

线程的同步：

1、线程安全问题：当多个线程对具有共享变量的多个语句执行写操作时（不能只看成执行同一个run方法，也可能在不同的run方法也有共享变量）时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程就开始执行。导致共享数据（共同操作的变量）的错误。

3、解决办法：对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不能执行。对共享变量进行写入时，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。

①阻塞式：synchronized，LOCK锁，其他线程会处于BLOCKED状态。

②非阻塞式：原子变量

4、具体方法：

①synchronized同步代码块

格式：synchronized（锁）{

需要被同步的代码

}

 

▲任何一个引用类型的对象都可以充当锁，但是也要把对象和锁的概念区分，一个对象同时可以作为对象和锁。一个线程执行过程中“锁”不能由其他线程使用，直到执行完毕把“锁”归还。但是操作共享数据的多个线程（不管是执行同一个run方法的多个线程还是执行不同run方法的多个线程）只能用一把锁，也就是只能用同一个对象。

①可以用this当锁，前提是确定this类只会有一个对象

②Java还支持对“任意对象”作为对象监视器来实现同步的功能。这种任意对象大多是该方法所属类中的实例变量，不然抛开这个类去使用别的对象作为对象监视器，意义不大，前提也是该类只会创建一个对象；如果不能保证，则应该将该实例变量设为static。

③不能保证该类只会创建一个对象时，用“该类名.class”表示锁。因为类本身是Class类的对象。

 

▲t1线程在执行过程中如果有其他CPU的调度让t2线程执行，但是运行到synchronized时，会会从RUNNABLE进入到BLOCKED状态。

    这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，同一个CPU把时间片分给了t2线程，如果也运行到了synchronized同一个锁，这时其他线程还会进入阻塞状态进不来，从RUNNABLE进入到BLOCKED状态，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入

 

▲synchronized代码块要把共享数据全都包裹但不能包含过多其他代码。如果把while（true）包含，则会让先执行run的线程一一直循环，直到把ticket消耗完才出来。

 

 

②synchronized同步方法

如果操作共享数据的代码被写在一个方法中，我们不妨将整个方法加synchronized

格式：在由需要被同步代码组成的方法前加synchronized

▲同样有“锁”但是不用显式表示出来。

   不加static同步方法中的锁指“this”，也就是该类对象；

   加static同步方法中的锁指类.class。

 

▲同样含有synchronized方法的线程也会发生上下文切换，切换到没有锁的线程就罢了，该线程会正常运行，但一旦切换到执行到有同样锁的synchronized的线程，这个线程就会从RUNNABLE进入到BLOCKED状态。

 

▲同样要注意改同步方法也要包裹所有共享数据但不能包含过多代码，原因同上。

 

③Lock实现类锁（主要是ReentrantLock）

以Reentrantlock为例

相比synchronized的主要特点是：

可以对阻塞状态中断：

lock.lockInterruptibly()方法可以让在有线程竞争的时候，没有竞争到锁的线程在BLOCKED状态时可让别的线程调用interrupt方法人为地中断这种状态，可以用来解决死锁问题。synchronized不行，没有竞争到锁时只能阻塞等待。

 

注意这里的可中断指的是没有获取到锁进入到阻塞状态后的中断，而如果获取到锁，进入到代码块内，synchronized也是可以被interrupt打断的。

 

可以非阻塞加锁：

lock.tryLock方法是让线程尝试竞争锁，如果不成功不会像其他方法一样进入阻塞等待，而是返回false，无论如何都会返回。lock.tryLock(Long)方法时让线程尝试竞争锁，如果竞争不到锁则在等待指定时间内保持运行RUNNABLE并同时竞争锁，如果在等待时间内获取不到锁，返回false，可以让我们决定接下来如何执行，最后返回boolean，第二种方法会在等待时间内被打断。两种方法通常都搭配if使用。

可以设置为公平锁：

可以设置获取锁的顺序为先来后到，先进入阻塞队列的先获得锁。

支持多个条件变量：

这里指ConditionObject，类似synchronized中的Waitset休息室，condition.await()在线程中调用这个方法表明让线程进入这个休息室，可以创建不同的休息室让不同线程等待。其意义就在于能精确唤醒某个线程。

共同特点是：

可重入：

可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此有权利再次获取这把锁如果是不可重入锁，那么第二次获得锁时，自己也会被锁挡住 。

 

格式：class A{

 ReentrantLock reentrantLock = new ReenTrantLock(Boolean fair);

//若fair=true，则是公平锁，加锁前检查是否有排队等待的线程，优先排队等待的线程，先来先得一个线程。若是非公平锁（Nonfair）：加锁时不考虑排队等待问题，直接尝试获取锁，获取不到自动到队尾等待

 

 

public void 方法名(){

reentrantLock.lock();

try{

//执行代码;

}

finally{

lock.unlock(); 

}

}

}

▲ReentrantLock和synchronized都是可重入锁

▲不要将获取锁的过程写在try块中，因为如果在获取锁（自定义锁的实现）时发生了异常，异常抛出的同时，也会    导致锁无故释放

▲Lock实现类锁和synchronized的异同：

   1、Lock实现类锁是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放

   2、Lock实现类锁只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁。

   3、使用Lock实现类锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）

▲new ReenTrantLock(形参)构造器中可以选择boolean形参，true为线程公平。

▲在lock方法中，Reentrantlock对象就相当于“锁”，也不用显式的表示出来。

   在实现Runnable中，不用考虑static；

   在继承Thread中，要注意Reentrantlock一般要static。

 

 

④ReadWriteLock实现类锁（主要是ReentrantReadWriteLock）

    使用ReentrantLock锁的这种保护有时候会有点过头。因为我们发现，任何时刻，只允许一个线程修改，但是，get()方法只读取数据，不修改数据，它实际上允许多个线程同时调用。

   

当前线程获取读锁后，自身线程可以获取读锁不能获取写锁，其他线程可以获取读锁不能获取写锁，尝试获取锁的线程会进入阻塞队列，直到读锁释放。

当前线程获取写锁后，自身线程可以获取读锁和写锁，其他线程不可以获取读锁和写锁。尝试获取锁的线程会阻塞，直到写锁释放。

 

格式：class A{

ReadWriteLock rwlock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock rlock = rwlock.readLock();
Lock wlock = rwlock.writeLock();

 

public void 方法名(){

try{

rlock.lock();

//保证是只读取数据的代码，允许多个线程同时读取;

}

finally{

rlock.unlock(); 

}

}

public void 方法名(){

try{

wlock.lock();

//执行代码;

}

finally{

wlock.unlock(); 

}

}

}

⑤StampedLock锁（乐观锁）

和ReadWriteLock相比，写入的加锁是完全一样的，StampedLock把读锁细分为乐观读和悲观读，能进一步提升并发效率。

 

 

 

5、共享变量的线程安全（建议看PDF）

这里的共享变量分为局部变量，静态变量，实例变量

实例变量和静态变量的线程安全（实例变量和静态变量在堆和方法区中，所有线程都可以访问到，容易出现安全问题）：

如果变量只在一个线程中使用过或者是线程安全类，没有共享，那么线程对该变量操作是安全的

如果变量在线程间都有过操作

如果只有读操作，则线程安全

如果有读写操作，需要考虑线程安全问题

局部变量的线程安全（局部变量在栈中，而每个线程都有一个自己的栈，不容易出现安全问题）：

局部变量被初始化为基本数据类型是安全的

局部变量是引用类型或者是对象引用则未必是安全的

如果局部变量引用的对象是和当前线程绑定的，即当前线程运行到该方法时新建一个引用对象，另外一个线程运行到该方法时又新建了另一个引用对象，没有共享，那么是线程安全的

如果局部变量引用的对象共享给了另外的线程（比如下面的例子，在子类中重写方法里创建新线程，由于三个方法的list是相同的list，所以对于主线程和新线程来说共享了list，则list局部变量也是不安全的），那么要考虑线程安全问题

▲对于局部变量所在方法来说，设置为private或final可以避免被子类重写，以免创建新线程而导致局部变量出现线程安全问题。

 

6、常见的线程安全类：

这里说它们是线程安全的是指，多个线程调用它们同一个实例的某个方法时，是线程安全的，因为有些方法加了锁或者类本身是不可变类（String，Integer），方法内的共享变量不会受到影响。

但注意它们多个方法的组合不是线程安全的 。