Java多线程（二）线程同步-优快云博客

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Java中线程同步机制包括锁、volatile关键字、final关键字、static关键字以及一些API，比如Object.wait() Object.notify().

锁

线程访问共享数据前必须获得锁，一旦获得了锁，就是这个锁的持有线程，一个锁只能被一个线程所有，这种锁叫做排他锁或者互斥锁。访问结束后线程必须释放锁。获得锁到释放锁直接执行的代码叫临界区。
所以临界区在任何时间只能被一个线程执行。
Java中的锁包括内部锁和显式锁。

内部锁：`synchronized`关键字

任何一个对象都有唯一一个与之关联的锁，称为监视器或者内部锁。这是一种排他锁，可以保证原子性、可见性、有限性。
内部锁通过synchronized关键字实现，可以用来修饰方法或者代码块。

修饰方法

例如：

public class InnerLock {
    public synchronized void testFuc(){
        System.out.println("hi");
    } 
}

被synchronized修饰的方法叫做同步方法，该方法确保任意时间该方法只能被一个线程执行。

修饰代码块

public void testFuc1(){
        synchronized (this){
            System.out.println("hi");
        }
    }

其中this表示锁句柄，也叫做锁，表示这个代码段以当前对象作为引导锁。上面同步方法中的synchronized没有声明锁句柄，因为同步方法总是以当前对象为引导锁。
如果是同步静态方法，则以当前类的Class对象为锁句柄。如InnerLock.class。

因为在使用synchronized关键字时，获得锁、释放锁由JVM代为执行，所以叫做内部锁，这种方法实现线程同步语法简单，易于实现。

内部锁的调度

JVM会给每一个内部锁分配一个入口集Set，用于记录等待获得相应内部锁的线程。
当多个线程申请该内部锁时，只有一个线程能够获得该锁，其余线程会被置为BLOCKED状态且放入这个Set中再次等待获得锁的机会。
当之前获得锁的线程完成了数据访问，释放了锁之后，JVM会从Set中选取一个线程唤醒，选择算法时不确定的，因此开发的时候不能依赖选择算法。

显式锁：`Lock`接口

显式锁是另一种排他锁，作用与内部锁相同，但有一些自己的特性。

package java.util.concurrent.locks;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public interface Lock {
    // 获取锁
    void lock();
    // 如果当前线程没有被终断 则获得锁
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    // 仅在调用锁为空闲状态才获取该锁
    boolean tryLock();
    // 同上，加上限定时间，与关系
    boolean tryLock(long var1, TimeUnit var3) throws InterruptedException;
    // 解锁
    void unlock();
    // 条件对象
    Condition newCondition();
}

ReentrantLock类是Lock接口的默认实现类，使用步骤：

创建一个Lock接口实例
申请lock
数据访问
释放锁

为了保证锁一定在最后能被释放（考虑临界区的代码出现异常导致线程死亡），临界区的代码最好放在try中，然后释放锁的代码放在finally中，这样就能确保一定能够释放锁而不会造成锁泄漏。

显式锁的调度

ReentrantLock及支持非公平锁也支持公平锁，默认是非公平锁，如果需要公平锁，使用构造器ReentrantLock(boolean)
总的来说使用公平锁的开销比非公平锁大。

内部锁和显示锁的比较

内部锁的优点：

简单易用
不会造成锁泄漏

内部锁的缺点：

不够灵活。获得锁，释放锁只能在同方法或者同代码段。

显式锁基于对象，可以充分发挥OOP的优势，灵活，但是难度也大，容易造成锁泄漏。

改进型锁：读写锁`java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock`

上面讲的锁对读写都是排他的，但是线程安全问题往往是由写操作引起的，所以如果读操作是共享的，那么能够大大提升系统的并发性。
读写锁就是读锁+写锁。
读写锁允许多个线程同时读取共享变量，但是只能同时允许最多一个线程更新共享变量。
任何线程读的时候，其他线程不能写；一个线程写的时候，其他线程不能读。
ReentrantReadWriteLock是读写锁接口的实现，其中包含两个内部类ReadLock``WriteLock分别表示读锁和写锁，都实现了Lock接口。

锁使用的场景

check-then-act
read-modify-write
多个线程对多个共享数据进行更新

CAS

使用锁来保障原子性的开销有点大，volatile虽然开销小但是不能保证自增这种操作（读+写）的原子性。
CAS原理就是在更新一个变量之前，先检查这个变量的旧值有没有被其他线程修改过，如果没有被修改，那么会将旧值改为新值；如果被修改过了，那么更新失败。
如果要用CAS实现线程同步的话，比如自增操作的同步，利用上面的规则保证了数据的更改不会丢失，然后要做的是，在更新失败后，重新取值、计算、更新，直至更新成功,这就是CAS的基本算法模板。

原子变量类 `Atomics`

分组	类
基础数据型	`AtomicInteger` `AtomicLong` `AtomicBoolean`
数组型	`AtomicIntegerArray` `AtomicLongArray` `AtomicReferenceArray`
字段更新器	`AtomicIntegerFieldUpdater` `AtomicLongFieldUpdater` `AtomicReferenceFieldUpdater`
引用型	`AtomicReference` `AtomicStampedReference` `AtomicMarkableReference`