目錄

一. 線程安全問題

二. 你的多線程協(xié)調(diào)嗎 —— synchronized

1. 同步代碼塊

2. 同步方法

三. 什么是易變數(shù)據(jù) —— volatile

四. 要協(xié)調(diào)必須等待 —— wait方法

五. 你的線程協(xié)調(diào)得到通知了嗎 —— notify 或 notifyAll

? ? ? ?在多線程的程序中，有多個(gè)線程并發(fā)運(yùn)行，這多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的線程往往不是孤立的，它們之間可能會(huì)共享資源，也可能要相互合作完成某一項(xiàng)任務(wù)，如何使這多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的線程在執(zhí)行的過程中不產(chǎn)生沖突，使多線程編程必須解決的問題。否則，可能導(dǎo)致線程運(yùn)行的結(jié)果不正確，甚至造成死鎖問題。

一. 線程安全問題

? ? ? ?在進(jìn)行多線程的程序設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程共享同一段代碼，從而實(shí)現(xiàn)共享同一個(gè)私有成員或類的靜態(tài)成員的目的。這時(shí)，由于線程和線程之間爭搶CPU資源，線程無序地訪問這些共享資源，最終可能導(dǎo)致無法得到正確的結(jié)果。這些問題通常稱為線程安全問題。

? ? ? ?以火車站售票系統(tǒng)為例，在代碼中判斷當(dāng)前票數(shù)是否大于0，如果大于0則執(zhí)行將該票出售給乘客的功能，但當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)訪問這段代碼時(shí)（假如這時(shí)只剩下一張票），第一個(gè)線程將票售出，與此同時(shí)第二個(gè)線程也已經(jīng)執(zhí)行完成判斷是否有票的操作，并得出票數(shù)大于0的結(jié)論，于是它也執(zhí)行售出操作，這樣就會(huì)產(chǎn)生負(fù)數(shù)。所以，在編寫多線程程序時(shí)，應(yīng)該考慮到線程安全問題。實(shí)質(zhì)上線程安全問題來源于兩個(gè)線程同時(shí)存取單一對(duì)象的數(shù)據(jù)。

? ? ? ?例如，在項(xiàng)目中創(chuàng)建ThreadSafeTest類，該類實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，在未考慮到線程安全問題的基礎(chǔ)上，模擬火車站售票系統(tǒng)的功能的代碼如下：

public class ThreadSafeTest1 implements Runnable{
    int num = 10;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            if(num > 0){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->票數(shù)" + num--);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadSafeTest1 t = new ThreadSafeTest1();
        Thread t1 = new Thread("線程一");
        Thread t2 = new Thread("線程二");
        Thread t3 = new Thread("線程三");
        Thread t4 = new Thread("線程四");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}
-----------------------------------------------------------------------------------------
結(jié)果：
線程四-->票數(shù)10
線程三-->票數(shù)9
線程二-->票數(shù)8
線程一-->票數(shù)7
線程四-->票數(shù)6
線程三-->票數(shù)5
線程二-->票數(shù)4
線程一-->票數(shù)3
線程四-->票數(shù)2
線程三-->票數(shù)1
線程二-->票數(shù)-1
線程一-->票數(shù)0
線程四-->票數(shù)-2

? ? ? ?從這個(gè)結(jié)果可以看出，最后打印出的剩下的票數(shù)為負(fù)值，這樣就出現(xiàn)了問題。這是由于同時(shí)創(chuàng)建了4個(gè)線程，這4個(gè)線程執(zhí)行run()方法，在num變量為1時(shí)，線程一、線程二、線程三、線程四都對(duì)num變量有存儲(chǔ)功能，當(dāng)線程一執(zhí)行run()方法時(shí)，還沒有來得及做遞減操作，就指定它調(diào)用sleep()方法進(jìn)入就緒狀態(tài)，這時(shí)線程二、線程三和線程四也都進(jìn)入了run()方法，發(fā)現(xiàn)num變量依然大于0，但此時(shí)線程一休眠時(shí)間已到，將num變量值遞減，同時(shí)線程二、線程三、線程四也都對(duì)num變量進(jìn)行遞減操作，從而產(chǎn)生了負(fù)值。

二. 你的多線程協(xié)調(diào)嗎 —— synchronized

1. 同步代碼塊

? ? ? ?那么，該如何解決資源共享的問題呢？所有解決多線程資源沖突問題的方法基本上都是采用給定時(shí)間只允許一個(gè)線程訪問共享資源的方法，這時(shí)就需要給共享資源上一道鎖。這就好比一個(gè)人上洗手間時(shí)，他進(jìn)入洗手間后會(huì)將門鎖上，出來時(shí)再將鎖打開，然后其他人才可以進(jìn)入。

? ? ? ?Java中提供了同步機(jī)制，可以有效地防止資源沖突。同步機(jī)制使用synchronized關(guān)鍵字，使用該關(guān)鍵字包含的代碼塊稱為同步塊，也稱為臨界區(qū)，語法如下：

synchronized(synObject){
    //關(guān)鍵代碼
}

? ? ? ?通常將共享資源的操作放置在synchronized定義的區(qū)域內(nèi)，這樣當(dāng)其他線程獲取到這個(gè)鎖時(shí)，就必須等待鎖被釋放后才可以進(jìn)入該區(qū)域。Object為任意一個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都存在一個(gè)標(biāo)志位，并具有兩個(gè)值，分別為0和1。一個(gè)線程運(yùn)行到同步塊時(shí)首先檢查該對(duì)象的標(biāo)志位，如果為0狀態(tài)，表明此同步塊內(nèi)存在其他線程，這時(shí)當(dāng)期線程處于就緒狀態(tài)，直到處于同步塊中的線程執(zhí)行完同步塊中的代碼后，這時(shí)該對(duì)象的標(biāo)識(shí)位設(shè)置為1，當(dāng)期線程才能開始執(zhí)行同步塊中的代碼，并將Object對(duì)象的標(biāo)識(shí)位設(shè)置為0，以防止其他線程執(zhí)行同步塊中的代碼。

創(chuàng)建SynchronizedTest類，修改之前線程不安全的火車售票系統(tǒng)，把對(duì)num操作的代碼設(shè)置在同步塊中。

public class ThreadSafeTest1 implements Runnable{
    int num = 10;

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            synchronized (this){
                if(num > 0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->票數(shù)" + num--);
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadSafeTest1 t = new ThreadSafeTest1();
        Thread t1 = new Thread("線程一");
        Thread t2 = new Thread("線程二");
        Thread t3 = new Thread("線程三");
        Thread t4 = new Thread("線程四");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t4.start();
    }
}
-----------------------------------------------------------------------------------------
結(jié)果：
線程一-->票數(shù)10
線程一-->票數(shù)9
線程一-->票數(shù)8
線程一-->票數(shù)7
線程一-->票數(shù)6
線程一-->票數(shù)5
線程一-->票數(shù)4
線程一-->票數(shù)3
線程一-->票數(shù)2
線程一-->票數(shù)1

從這個(gè)結(jié)果可以看出，打印到最后票數(shù)沒有出現(xiàn)負(fù)數(shù)，這是因?yàn)閷⒐蚕碣Y源放置在了同步塊中，不管程序如何運(yùn)行都不會(huì)出現(xiàn)負(fù)數(shù)。

2. 同步方法

? ? ? ?同步方法就是在方法前面用synchronized關(guān)鍵字修飾的方法，其語法如下：

public synchronized void Main();

? ? ? ? 當(dāng)某個(gè)對(duì)象調(diào)用了同步方法時(shí)，該對(duì)象上的其他同步方法必須等待該同步方法執(zhí)行完畢后才能被執(zhí)行。必須將每個(gè)能訪問共享資源的方法修飾為synchronized，否則就會(huì)出錯(cuò)。

修改上面的代碼，將共享資源操作放置在一個(gè)同步方法中，代碼如下：

int num = 10;
public synchronized void doit(){
    if(num > 0){
        try {
             Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-->票數(shù)" + num--);
    }
}

public void run(){
    while(true){
        doit();
    }
}

三. 什么是易變數(shù)據(jù) —— volatile

volatile 的定義：

? ? ? ?java編程語言允許線程訪問共享變量，為了確保共享變量能被準(zhǔn)確和一致的更新，線程應(yīng)該確保通過排他鎖單獨(dú)獲得這個(gè)變量。Java語言提供了volatile，在某些情況下比鎖更加方便。如果一個(gè)字段被聲明成volatile，java線程內(nèi)存模型確保所有線程看到這個(gè)變量的值是一致的.

Volatile是輕量級(jí)的synchronized，輕量級(jí)體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面:

• volatile?變量所需的編碼較少
• 運(yùn)行時(shí)開銷也較少
• 不會(huì)引起線程上下文的切換和調(diào)度(線程上下文即線程的運(yùn)行環(huán)境)

例1：

private volatile int num = 0;
private volatile String sum = nulll;

例2：假設(shè)多線程共同訪問一個(gè)數(shù)組，即許多線程對(duì)這個(gè)數(shù)組進(jìn)行排序，而同時(shí)其他線程打印這個(gè)數(shù)組的最小值和最大值。

...
static final int Size = 100;
static volatile int num[] = new int[Size];
static volatile int first = 0;
static volatile int last = 0;
static volatile boolean ready = false;
...

四. 要協(xié)調(diào)必須等待 —— wait方法

? ? ? ?wait() 方法和 notify() 或 notifyAll() 應(yīng)當(dāng)在 synchronized 的成程序塊或者方法中配合使用，使多線程在共享資源和數(shù)據(jù)時(shí)得到進(jìn)一步的保障。wait() 拋出檢查性異常 InterruptedException。在一個(gè)?synchronized 的代碼中調(diào)用 wait() 必須提供這個(gè)異常處理機(jī)制，例如：

try {
    if (!ready){
        wait();
        ...
    }
}
...

? ? ? ?導(dǎo)致其他試圖進(jìn)入這個(gè)?synchronized 代碼中的線程放棄監(jiān)視器和鎖定，保證只有當(dāng)前線程執(zhí)行這段協(xié)調(diào)代碼。實(shí)際上，放棄鎖定的其他所以線程都進(jìn)入等待狀態(tài)，直到某個(gè)在監(jiān)視器中運(yùn)行的線程調(diào)用?notify() 或者?notifyAll() ，例如：

if（ready){
    notifyAll();
...

五. 你的線程協(xié)調(diào)得到通知了嗎 —— notify 或 notifyAll

? ? ? ?notify() 和?notifyAll() 必須和 wait() 配合使用。notify() 只是喚醒一個(gè)正在等待的線程。如果代碼中只有一個(gè)線程處于等待狀態(tài)，調(diào)用?notify() 不存在問題。由于系統(tǒng)調(diào)度器處理線程調(diào)度安排的不透明性，喚醒哪個(gè)線程是不確定的。所以?notifyAll() 被經(jīng)常使用，以增強(qiáng)等待線程被通知的可靠性。

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