Java 多线程同步问题的探究(一)

开发 后端
本文系列文章主要介绍详细的讨论Java多线程同步机制,同步机制是线程的一个非常重要的问题,希望对你有帮助。

众所周知,在Java多线程编程中,一个非常重要的方面就是线程的同步问题。关于线程的同步,一般有以下解决方法:

1. 在需要同步的方法的方法签名中加入synchronized关键字。

2. 使用synchronized块对需要进行同步的代码段进行同步。

3. 使用JDK 5中提供的java.util.concurrent.lock包中的Lock对象。

另外,为了解决多个线程对同一变量进行访问时可能发生的安全性问题,我们不仅可以采用同步机制,更可以通过JDK 1.2中加入的ThreadLocal来保证更好的并发性。

本篇中,将详细的讨论Java多线程同步机制,并对ThreadLocal做出探讨。

一、线程的先来后到

我们来举一个Dirty的例子:某餐厅的卫生间很小,几乎只能容纳一个人如厕。为了保证不受干扰,如厕的人进入卫生间,就要锁上房门。我们可以把卫生间想象成是共享的资源,而众多需要如厕的人可以被视作多个线程。假如卫生间当前有人占用,那么其他人必须等待,直到这个人如厕完毕,打开房门走出来为止。这就好比多个线程共享一个资源的时候,是一定要分出先来后到的。

有人说:那如果我没有这道门会怎样呢?让两个线程相互竞争,谁抢先了,谁就可以先干活,这样多好阿?但是我们知道:如果厕所没有门的话,如厕的人一起涌向厕所,那么必然会发生争执,正常的如厕步骤就会被打乱,很有可能会发生意想不到的结果,例如某些人可能只好被迫在不正确的地方施肥……

正是因为有这道门,任何一个单独进入如厕的人都可以顺利的完成他们的如厕过程,而不会被干扰,甚至发生以外的结果。这就是说,如厕的时候要讲究先来后到。

那么在Java 多线程程序当中,当多个线程竞争同一个资源的时候,如何能够保证他们不会产生“打架”的情况呢?有人说是使用同步机制。没错,像上面这个例子,就是典型的同步案例,一旦***位开始如厕,则第二位必须等待***位结束,才能开始他的如厕过程。一个线程,一旦进入某一过程,必须等待正常的返回,并退出这一过程,下一个线程才能开始这个过程。

这里,最关键的就是卫生间的门。其实,卫生间的门担任的是资源锁的角色,只要如厕的人锁上门,就相当于获得了这个锁,而当他打开锁出来以后,就相当于释放了这个锁。

也就是说,多线程的线程同步机制实际上是靠锁的概念来控制的。那么在Java程序当中,锁是如何体现的呢?

让我们从JVM的角度来看看锁这个概念:

在Java程序运行时环境中,JVM需要对两类线程共享的数据进行协调:

1)保存在堆中的实例变量

2)保存在方法区中的类变量

这两类数据是被所有线程共享的。(程序不需要协调保存在Java 栈当中的数据。因为这些数据是属于拥有该栈的线程所私有的。)

在java虚拟机中,每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的。

对于对象来说,相关联的监视器保护对象的实例变量。

对于类来说,监视器保护类的类变量。(如果一个对象没有实例变量,或者一个类没有变量,相关联的监视器就什么也不监视。)

为了实现监视器的排他性监视能力,java虚拟机为每一个对象和类都关联一个锁。代表任何时候只允许一个线程拥有的特权。线程访问实例变量或者类变量不需锁。

但是如果线程获取了锁,那么在它释放这个锁之前,就没有其他线程可以获取同样数据的锁了。(锁住一个对象就是获取对象相关联的监视器)

类锁实际上用对象锁来实现。当虚拟机装载一个class文件的时候,它就会创建一个java.lang.Class类的实例。当锁住一个对象的时候,实际上锁住的是那个类的Class对象。

一个线程可以多次对同一个对象上锁。对于每一个对象,java虚拟机维护一个加锁计数器,线程每获得一次该对象,计数器就加1,每释放一次,计数器就减 1,当计数器值为0时,锁就被完全释放了。

java编程人员不需要自己动手加锁,对象锁是java虚拟机内部使用的。

在java程序中,只需要使用synchronized块或者synchronized方法就可以标志一个监视区域。当每次进入一个监视区域时,java 虚拟机都会自动锁上对象或者类。

看到这里,我想你们一定都疲劳了吧?让我们休息一下,但是在这之前,请你们一定要记着:当一个有限的资源被多个线程共享的时候,为了保证对共享资源的互斥访问,我们一定要给他们排出一个先来后到。而要做到这一点,对象锁在这里起着非常重要的作用。

如果你想知道更多细节,请接着看本系列的第二篇吧。

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责任编辑:于铁 来源: 互联网
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