并发编程--synchronized、volatile、ThreadLocal的使用

最新推荐文章于 2024-02-09 15:04:22 发布

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#并发编程 #synchronized #threadlocal

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本文深入探讨并发编程中的关键概念，包括synchronized关键字的正确使用、volatile变量确保线程间可见性的机制，以及ThreadLocal解决线程安全问题的独特方式。通过具体代码示例，解析常见错误与最佳实践。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

并发编程–synchronized、volatile、ThreadLocal的使用

1.synchronized内置锁

加锁目标对象

对象锁
类锁

加锁的注意事项：

各个线程竞争锁的目标对象必须是同一个。
各个线程竞争锁的目标对象不能更改，例如：

/**
 * 类说明：错误的加锁和原因分析
 */
public class TestIntegerSyn {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Worker worker=new Worker(1);
        //Thread.sleep(50);
        for(int i=0;i<5;i++) {
            new Thread(worker).start();
        }
    }

    private static class Worker implements Runnable{

        private Integer i;
        private Object o = new Object();

        public Worker(Integer i) {
            this.i=i;
        }

        @Override
        public void run() {
            synchronized (o) {
                Thread thread=Thread.currentThread();
                System.out.println(thread.getName()+"--@"
                        +System.identityHashCode(i));
                i++;
                System.out.println(thread.getName()+"-------"+i+"-@"
                        +System.identityHashCode(i));
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(thread.getName()+"-------"+i+"--@"
                        +System.identityHashCode(i));
            }

        }

    }
}

注意：i++时，Integer内部会对i对象进行修改，i++ == Interger.valueOf(i) + 1 ,然而valueOf(i)会new Integer(i),所以上面代码中，i的对象会发生变化，导致各个线程竞争锁的目标对象没有保持不变。

2. volatile 的使用（适用于一读多写）

volatile 保证了对象在各个线程间的可见性，不能保证原子性，但能保持可见性，是最轻量的同步机制。
测试代码：

public class VolatileTest {

    private static boolean flag;  
    //private static volatile boolean flag;

    static class VolatileTestRunable implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("test runable is starting flag: "+flag);
            while (!flag){}
                System.out.println("enter volatile ,modify is effective flag: "+ flag);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new VolatileTestRunable()).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        flag = true;
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println("main thread is end");
    }
}

运行结果：（不加volatile）

test runable is starting flag: false
main thread is end

运行结果：（加volatile）

test runable is starting flag: false
enter volatile ,modify is effective flag: true
main thread is end

3.ThreadLocal 的使用

package cn.enjoyedu.ch1.threadlocal;

/**
 *类说明：演示ThreadLocal的使用
 */
public class UseThreadLocal {
	
	private static ThreadLocal<Integer> intLocal
            = new ThreadLocal<Integer>(){
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 1;
        }
    };

    private static ThreadLocal<String> stringThreadLocal;

    /**
     * 运行3个线程
     */
    public void StartThreadArray(){
        Thread[] runs = new Thread[3];
        for(int i=0;i<runs.length;i++){
            runs[i]=new Thread(new TestThread(i));
        }
        for(int i=0;i<runs.length;i++){
            runs[i].start();
        }
    }
    
    /**
     *类说明：测试线程，线程的工作是将ThreadLocal变量的值变化，并写回，看看线程之间是否会互相影响
     */
    public static class TestThread implements Runnable{
        int id;
        public TestThread(int id){
            this.id = id;
        }
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":start");
            Integer s = intLocal.get();
            s = s+id;
            intLocal.set(s);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                    +":"+ intLocal.get());
            //intLocal.remove();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
    	UseThreadLocal test = new UseThreadLocal();
        test.StartThreadArray();
    }
}

运行结果:

Thread-0:start
Thread-2:start
Thread-2:3
Thread-1:start
Thread-0:1
Thread-1:2

ThreadLocal Map使用原理：
在这里插入图片描述
ThreadLocal Map底层原理：

ThreadLocal导致的内存泄露：
（原因分析）由于Entry(k,v),k为虚引用，当发生Gc的时候，threadLocal instance 被回收，不能通过threadLocal instance访问currentThread中的Entry[]时，但是Value在ThreadLocalMap中被声明为强引用，value是不会被回收的，导致value不能通过任何路径来访问，所以导致内存泄漏。
（补救措施）threadLocalref的get,set,remove方法中会调用 replaceStaleEntry(key, value, i)方法对key为空的entry进行回收，减少内存泄漏。

为何不声明成强引用？
答：如果把threadLocalinstance 声明成强引用，当对entry进行回收的时候，entry会对threadLocalinstance强依赖，导致内存泄漏，如果声明成虚引用，还有可能使用replaceStaleEntry进行内存回收。
扩展：ThreadLocal在事务中的使用：参考：spring在事务中的使用