Java并发编程实战(二)线程安全性

对于线程的安全性,Java提供了synchronized同步机制关键字,显示锁Lock。“同步”还包括volatile类型的变量。

2.1 线程安全性定义

当多个线程访问某个类时,这个类始终都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全类

无状态对象一定是线程安全的

Servlet 是无状态的,Servlet的操作全部封装在request和response中,Servlet不包含任何域,不包含对其他类的引用。

2.2 原子性

前一章提到++操作是一个读取-修改-写入的操作,那其实它也不是一个原子性的操作。

这时候会出现一种情况就是多个竞态条件

竞态条件:以单例模式为例,线程A和线程B同时getInstance,A看到instance为空,创建一个新的对象,B同样判断instance为空,因此创建了2个对象。

因此我们需要复合操作,则“先检查后执行”,这里使用有线程安全的操作类AtomicInteger

public class Counting{
    private AtomicInteger count;
    public Integer getNext(){
        return count.incrementAndSet();
    }
}

AtomicInteger中采用了CAS调用CPU指令来完成单一的线程操作。

CAS是操作CPU的指令,CAS有3个操作数,内存值V、旧的预期值A、要修改的新值B,预期值A和内存值V相同时,修改内存值为B,否则什么都不做,如果预期值A和内存值不相同,会始终循环到相同为止。保证了原子性。

2.3 加锁机制

上面提到只要用线程安全操作类就可以保证原子性了,但下面这种方法并不正确,尽管这些原子引用都是线程安全。

public class UnsafeCounting implements Servlet{
    private AtomicReference<BigInteger> numbers = new AtomicReference<BigInteger>();
    private AtomicReference<BigInteger[]> factors = new AtomicReference<BigInteger[]>();
	
	public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp){
		BigInteger i = extractFromRquest(req);
		if(i.equals(number.get())){
		    encodeIntoResponse(resp, factors.get());
                else{
                    BigInteger[] fs = factor(i);
                    number.set(i);
                    factors.set(fs);
                    encodeIntoResponse(resp, factors);
                }
	}
}

多线程下的不变性

一个操作对象中即使出现2个原子性的属性,尽管对set方法每次调用都是原子的,但仍然无法同时更新2个属性。在线程A获取这两个值时,线程B可能修改它们,这样线程A发现不变性条件被破坏了。

内置锁和重入

Java同步代码块synchronzied,内置锁是一个互斥锁,最多只有一个线程可以持有这种锁。

当线程A尝试获取一个由线程B持有的锁时,线程A必须等待或堵塞,直到线程B释放这个锁,如果B不释放这个锁,那么A也将永远等下去。

Monitor监视器是对synchronzied的所有。

1)如果monitor进入数为0,占用处于锁定,进入数为1

2)如果线程已经占用,重入,进入数加1

3)其他占用monitor,线程会堵塞,直到线程monitor进入数为0时,这个锁被释放

2.4 用锁来保护状态

对线程共享的变量加锁来进行保护,每个共享变量都应该只由一个锁来保护。

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