上篇通過一個(gè)簡單的例子說明了線程安全與不安全，在例子中不安全的情況下輸出的結(jié)果恰好是逐個(gè)遞增的(其實(shí)是巧合，多運(yùn)行幾次，會(huì)產(chǎn)生不同的輸出結(jié)果)，為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)果呢，因?yàn)榻⒌腃ount對(duì)象是線程共享的，一個(gè)線程改變了其成員變量num值，下一個(gè)線程正巧讀到了修改后的num，所以會(huì)遞增輸出。
要說明線程同步問題首先要說明Java線程的兩個(gè)特性，可見性和有序性。多個(gè)線程之間是不能直接傳遞數(shù)據(jù)交互的，它們之間的交互只能通過共享變量來實(shí)現(xiàn)。拿上篇博文中的例子來說明，在多個(gè)線程之間共享了Count類的一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象是被創(chuàng)建在主內(nèi)存(堆內(nèi)存)中，每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存(線程棧)，工作內(nèi)存存儲(chǔ)了主內(nèi)存Count對(duì)象的一個(gè)副本，當(dāng)線程操作Count對(duì)象時(shí)，首先從主內(nèi)存復(fù)制Count對(duì)象到工作內(nèi)存中，然后執(zhí)行代碼count.count()，改變了num值，最后用工作內(nèi)存Count刷新主內(nèi)存Count。當(dāng)一個(gè)對(duì)象在多個(gè)內(nèi)存中都存在副本時(shí)，如果一個(gè)內(nèi)存修改了共享變量，其它線程也應(yīng)該能夠看到被修改后的值，此為可見性。多個(gè)線程執(zhí)行時(shí)，CPU對(duì)線程的調(diào)度是隨機(jī)的，我們不知道當(dāng)前程序被執(zhí)行到哪步就切換到了下一個(gè)線程，一個(gè)最經(jīng)典的例子就是銀行匯款問題，一個(gè)銀行賬戶存款100，這時(shí)一個(gè)人從該賬戶取10元，同時(shí)另一個(gè)人向該賬戶匯10元，那么余額應(yīng)該還是100。那么此時(shí)可能發(fā)生這種情況，A線程負(fù)責(zé)取款，B線程負(fù)責(zé)匯款，A從主內(nèi)存讀到100，B從主內(nèi)存讀到100，A執(zhí)行減10操作，并將數(shù)據(jù)刷新到主內(nèi)存，這時(shí)主內(nèi)存數(shù)據(jù)100-10=90，而B內(nèi)存執(zhí)行加10操作，并將數(shù)據(jù)刷新到主內(nèi)存，最后主內(nèi)存數(shù)據(jù)100+10=110，顯然這是一個(gè)嚴(yán)重的問題，我們要保證A線程和B線程有序執(zhí)行，先取款后匯款或者先匯款后取款，此為有序性。本文講述了JDK5.0之前傳統(tǒng)線程的同步方式，更高級(jí)的同步方式可參見Java線程之鎖對(duì)象Lock-同步問題更完美的處理方式代碼實(shí)例。
下面同樣用代碼來展示一下線程同步問題。
TraditionalThreadSynchronized.java：創(chuàng)建兩個(gè)線程，執(zhí)行同一個(gè)對(duì)象的輸出方法。
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public class TraditionalThreadSynchronized { public static void main(String[] args) { final Outputter output = new Outputter(); new Thread() { public void run() { output.output("zhangsan"); } }.start(); new Thread() { public void run() { output.output("lisi"); } }.start(); }}class Outputter { public void output(String name) { // TODO 為了保證對(duì)name的輸出不是一個(gè)原子操作，這里逐個(gè)輸出name的每個(gè)字符 for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); // Thread.sleep(10); } }} |
運(yùn)行結(jié)果：
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zhlainsigsan |
顯然輸出的字符串被打亂了，我們期望的輸出結(jié)果是zhangsanlisi，這就是線程同步問題，我們希望output方法被一個(gè)線程完整的執(zhí)行完之后再切換到下一個(gè)線程，Java中使用synchronized保證一段代碼在多線程執(zhí)行時(shí)是互斥的，有兩種用法：
1. 使用synchronized將需要互斥的代碼包含起來，并上一把鎖。
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{ synchronized (this) { for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); } } } |
這把鎖必須是需要互斥的多個(gè)線程間的共享對(duì)象，像下面的代碼是沒有意義的。
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{ Object lock = new Object(); synchronized (lock) { for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); } } } |
每次進(jìn)入output方法都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的lock，這個(gè)鎖顯然每個(gè)線程都會(huì)創(chuàng)建，沒有意義。
2. 將synchronized加在需要互斥的方法上。
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public synchronized void output(String name) { // TODO 線程輸出方法 for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); } } |
這種方式就相當(dāng)于用this鎖住整個(gè)方法內(nèi)的代碼塊，如果用synchronized加在靜態(tài)方法上，就相當(dāng)于用××××.class鎖住整個(gè)方法內(nèi)的代碼塊。使用synchronized在某些情況下會(huì)造成死鎖，死鎖問題以后會(huì)說明。使用synchronized修飾的方法或者代碼塊可以看成是一個(gè)原子操作。
每個(gè)鎖對(duì)象(JLS中叫monitor)都有兩個(gè)隊(duì)列，一個(gè)是就緒隊(duì)列，一個(gè)是阻塞隊(duì)列，就緒隊(duì)列存儲(chǔ)了將要獲得鎖的線程，阻塞隊(duì)列存儲(chǔ)了被阻塞的線程，當(dāng)一個(gè)線程被喚醒(notify)后，才會(huì)進(jìn)入到就緒隊(duì)列，等待CPU的調(diào)度，反之，當(dāng)一個(gè)線程被wait后，就會(huì)進(jìn)入阻塞隊(duì)列，等待下一次被喚醒，這個(gè)涉及到線程間的通信，下一篇博文會(huì)說明。看我們的例子，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程執(zhí)行輸出方法時(shí)，獲得同步鎖，執(zhí)行輸出方法，恰好此時(shí)第二個(gè)線程也要執(zhí)行輸出方法，但發(fā)現(xiàn)同步鎖沒有被釋放，第二個(gè)線程就會(huì)進(jìn)入就緒隊(duì)列，等待鎖被釋放。一個(gè)線程執(zhí)行互斥代碼過程如下：
1. 獲得同步鎖；
2. 清空工作內(nèi)存；
3. 從主內(nèi)存拷貝對(duì)象副本到工作內(nèi)存；
4. 執(zhí)行代碼(計(jì)算或者輸出等)；
5. 刷新主內(nèi)存數(shù)據(jù)；
6. 釋放同步鎖。
所以，synchronized既保證了多線程的并發(fā)有序性，又保證了多線程的內(nèi)存可見性。
volatile是第二種Java多線程同步的機(jī)制，根據(jù)JLS(Java LanguageSpecifications)的說法，一個(gè)變量可以被volatile修飾，在這種情況下內(nèi)存模型(主內(nèi)存和線程工作內(nèi)存)確保所有線程可以看到一致的變量值，來看一段代碼：
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class Test { static int i = 0, j = 0; static void one() { i++; j++; } static void two() { System.out.println("i=" + i + " j=" + j); } } |
一些線程執(zhí)行one方法，另一些線程執(zhí)行two方法，two方法有可能打印出j比i大的值，按照之前分析的線程執(zhí)行過程分析一下：
1. 將變量i從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存；
2. 改變i的值；
3. 刷新主內(nèi)存數(shù)據(jù)；
4. 將變量j從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存；
5. 改變j的值；
6. 刷新主內(nèi)存數(shù)據(jù)；
這個(gè)時(shí)候執(zhí)行two方法的線程先讀取了主存i原來的值又讀取了j改變后的值，這就導(dǎo)致了程序的輸出不是我們預(yù)期的結(jié)果，要阻止這種不合理的行為的一種方式是在one方法和two方法前面加上synchronized修飾符：
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class Test { static int i = 0, j = 0; static synchronized void one() { i++; j++; } static synchronized void two() { System.out.println("i=" + i + " j=" + j); } } |
根據(jù)前面的分析，我們可以知道，這時(shí)one方法和two方法再也不會(huì)并發(fā)的執(zhí)行了，i和j的值在主內(nèi)存中會(huì)一直保持一致，并且two方法輸出的也是一致的。另一種同步的機(jī)制是在共享變量之前加上volatile：
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class Test { static volatile int i = 0, j = 0; static void one() { i++; j++; } static void two() { System.out.println("i=" + i + " j=" + j); } } |
one方法和two方法還會(huì)并發(fā)的去執(zhí)行，但是加上volatile可以將共享變量i和j的改變直接響應(yīng)到主內(nèi)存中，這樣保證了主內(nèi)存中i和j的值一致性，然而在執(zhí)行two方法時(shí)，在two方法獲取到i的值和獲取到j(luò)的值中間的這段時(shí)間，one方法也許被執(zhí)行了好多次，導(dǎo)致j的值會(huì)大于i的值。所以volatile可以保證內(nèi)存可見性，不能保證并發(fā)有序性。
沒有明白JLS中為什么使用兩個(gè)變量來闡述volatile的工作原理，這樣不是很好理解。volatile是一種弱的同步手段，相對(duì)于synchronized來說，某些情況下使用，可能效率更高，因?yàn)樗皇亲枞模绕涫亲x操作時(shí)，加與不加貌似沒有影響，處理寫操作的時(shí)候，可能消耗的性能更多些。但是volatile和synchronized性能的比較，我也說不太準(zhǔn)，多線程本身就是比較玄的東西，依賴于CPU時(shí)間分片的調(diào)度，JVM更玄，還沒有研究過虛擬機(jī)，從頂層往底層看往往是比較難看透的。在JDK5.0之前，如果沒有參透volatile的使用場(chǎng)景，還是不要使用了，盡量用synchronized來處理同步問題，線程阻塞這玩意簡單粗暴。另外volatile和final不能同時(shí)修飾一個(gè)字段，可以想想為什么。
總結(jié)
以上就是本文關(guān)于Java線程之線程同步synchronized和volatile詳解的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家有所幫助。有什么問題可以隨時(shí)留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。感謝朋友們對(duì)本站的支持！
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