Java -线程安全性

线程安全性:

一个类是线程安全的是指在被多个线程访问时,类可以持续进行正确的行为.不用考虑这些线程运行时环境下的调度和交替.

编写正确的并发程序的关键在于对共享的,可变的状态进行访问管理.

解决方案有两种:

1.控制资源访问.通过锁机制来对资源的访问进行排队.这样来避免一个线程修改其他线程正在使用的对象

2.要确保当一个线程修改了对象的状态后,其他的线程能够真正知道这种变化.

资源访问控制

-------------------------------

1. 无状态的类肯定是线程安全的,因为它不会存在交替的情况.因为所有要用到的资源都是通过参数传进去的.这样就不会存在多个线程共享资源的问题.

2.如果是 有状态的类,比如它有个属性是long count;它有个方法,是让它自增:count++; http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f54f0be0100vwh8.html此文中已经介绍了该操作并发的风险.在代码中该操作看起来是一个单独的操作,但它实际上是由三个操作组成的.所以它不是 单独的,不可分割的.即:" 原子性".原子性不能指程序上的最基本的数字逻辑操作,而是逻辑上的不可分割的操作.

JAVA提供了一些线程安全的类,也就是实现了原子性的类.对这些类的操作是原子性的.它们是在:java.util.concurrent.atomic包中.比如有类:AtomicLong,它是Long的原子化类.我们对long类型的count进行自增操作时,不是原子性的,但对AtomicLong调用:incrementAndGet()即是原子操作的,JAVA为我们解决了这些问题.

同时,JAVA提供了我们自己可控制的原子机制-- 锁.

JAVA提供了强制原子性的内置锁机制:synchronized .

我们通过<wbr>synchronized<wbr>给一个类,或一个方法或一个属性或一串操作进行锁标识.线程进入synchronized<wbr>之前会自动获得锁;在正常退出,或出现异常时,线程都会释放锁.被锁上后,其它线程只有等到锁被释放才能进入.否则只有一直等下去.所以这种做法在有些时候会极端影响效率.(静态属性或方法的锁是从Class对象上获取的)</wbr></wbr></wbr>

当一个线程请求其他线程已经占有的锁时,请求被阻塞.但占有锁的那个线程是可以再次请求的.这就意味着:锁的基于线程的而不是基于请求.实现这种机制是为每个锁关联一个请求计数和一个占有它的线程.当计数为0时,表示该锁未被占有.此时线程请求时,JVM将记录锁的占有线程,并将请求计数加1.如果同一线程再次请求这个锁,计数再加1.每次退出synchronized<wbr>标识的块时计数会减1.当计数为0时,锁被释放.</wbr>

并不是所有的数据都需要锁保护--只有那些被多个线程访问的可变数据才需要.过多的synchronized 会影响性能.所以我们最好是将一些需要同步的原子操作放在同步块中.如下面这种做法:

synchronized(this) {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>++hits;

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>if(i.equals(lastNumber)) {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>++cacheHits;

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>factors =lastFactors.clone();

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>}

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>}

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>if(factors ==null) {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>factors = factor(i);

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>synchronized(this) {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>lastNumber= i;

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>lastFactors= factors.clone();

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>}

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>}

如上所示.两个分离的synchronized 块中都只有很简短的代码.第一个块保护着检查再运行的操作以检查对我们很重要的状态码,另一个进行数据的更新.

共享对象

-------------------------------

同步的可见性:

使用了synchronized进行加锁后,一个线程在该同步块内做的操作对接下来的线程是可见的.这就是"同步"的含义.

1.当一个读线程和一个写线程同时进行时,我们不能保证读线程能及时地读取写线程写入的值.除非使用 synchronized进行同步.例如下面代码所示:

privatestaticbooleanready;

<wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>privatestaticintnumber;

<wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>privatestaticclassReaderThreadextendsThread {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>publicvoidrun() {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>while(!ready)

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>Thread.yield();

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>System.out.println(number);

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>}

<wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>}

<wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>publicstaticvoidmain(String[] args) {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>newReaderThread().start();

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>number= 42;

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>ready=true;

<wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>}

上面的mian主线程运行时还充当了"写线程",并且新建"读线程"并让它运行.读线程会不断的循环直到ready的值为true.但在有些情况下,上面的程序会和我们想象的输入42相异:

由于JAVA的"重排序"机制(JVM:只要代码顺序改变对结果不产生影响,那么就不能保证代码执行的顺序是书写的顺序)可能在对number设置值前ready的值就已经是true了.那么输入的结果会是0.

2.在没有同步时,我们可能就象上面一样,获得到的数据不是最新设置进去的.如:一个类有一属性,并且有它的getter,setter方法,当两个线程一个执行getter一个执行setter时,就容易出现获得到" 过期数据".但给getter,setter方法加上synchronized 后可以解决这一问题.

除了过期数据,还可能出现错数据,这种问题只是存在于64位的数据.由于JVM的运算是基于32位的.即:不管是布尔值(1位),short(16位),运算时,都通过左侧补零将它扩展成32位,然后进行运算.而float,double,long 等64位的数据则被做为两个32位数进行运算.

所以,在多线程未同步时,64位数据的读取可能会返回一个值的前32位,及另一个值的后32位.通过给值加上 volatile标记可以让JVM避免这种问题.如:volatile float test;

当一个域声明为volatile 类型后,编译器与运行时会监视这个变量,而且对它的操作不会与其他的内在操作重排序.它不会缓存在寄存器或者缓存在其它地方,所以读一个volatile 类型的变量时,它总是返回由某一线程所写入的最新值.我们可以将它看做轻量级的同步机制.

<wbr></wbr>privateintvalue;

<wbr></wbr><wbr><span></span><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>publicsynchronizedintget() {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>returnvalue;

<wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>}

<wbr></wbr><wbr><span></span><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>publicsynchronizedvoidset(intvalue) {

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>this.value= value;

<wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr>}

如上代码可以被:volatile private int value;以及不加同步声明的getter,setter方法所代替.但当然会牺少许功能:加锁可以保证可见性和原子性,但volatile变量只能保证可见性.所以,在不需要原子性的时候,可以用它.