对于Java并发,我也是属初学阶段,用的参考书是:"Java并发编程实战",写博时也参考了很多类似主题的博客,博主意在记录自己的学习路程,供网友讨论学习之用;

  周末写的差不多了,今天下午没事正好整理一下,Java并发两篇一起发了;

  

先介绍一下线程的概念(摘自百度百科):

    线程,有时被称为轻量进程(Lightweight Process,LWP),是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID,当前指令指针(PC),寄存器集合和堆栈组成。另外,线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位,线程自己不拥有系统资源,只拥有一点儿在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程,同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约,致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件,逻辑上可以运行,在等待处理机;运行状态是指线程占有处理机正在运行;阻塞状态是指线程在等待一个事件(如某个信号量),逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程,若程序只有一个线程,那就是程序本身。

    线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内有一个相对独立的、可调度的执行单元,是系统独立调度和分派CPU的基本单位指令运行时的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作,称为多线程。
    每个线程都拥有一个和一个程序计数器,来保存线程执行历史和执行状态,是线程的私有资源,,地址空间,全局变量是由一个进程内多个线程共享的公有资源.
 
  线程的优势:
    1.有效降低程序开发和维护的成本,同时提升复杂应用程序的性能;
    2.线程可以将大部分异步工作流转换成串行工作流,因此能够更好地模拟人类的工作方式和交互方式;
    3.降低代码复杂度,使之更容易编写,阅读和维护;
    4.GUI中,线程可以提高UI的相应灵敏度;
    5.服务器应用中,可以提升资源利用率以及系统吞吐率;
    6.简化JVM实现,GC实现等等.
 
  线程带来的风险(一篇博文讲不完,之后会详细介绍):
    1.安全性问题:多个线程中的操作执行顺序使不可预测的,甚至会产生奇怪的结果;(存在竞态条件)
    2.活跃性问题:当某个操作无法继续执行下去时,就会发生活跃性问题;(死锁问题等)
    3.性能问题:线程总会带来某种程度的开销;(线程调度器挂起活跃线程并转而运行另一个线程,引起频繁地上下文切换"Context Switch")
 
  
 
下面展开讲讲安全性相关的基础知识点:
 

//NotThreadSafe
public class UnsafeCountingFactorizer implement Servlet ( private long count = 0; public long getCount() { return count; } public void service (ServletRequest req, ServletResponse resp) {
BigInteger i = extractFromRequest(req);
BigInteger[] factors = factor(i);
++count;
encodeIntoResponse(resp, factors);
}
}

  以上类并非线程安全的,尽管在单线程环境能够正确运行,++count操作包含了三个独立操作:读取count的值,值加1,结果赋给count,这是一个"读取--修改--写入"的操作序列,结果状态依赖于上一个状态;

  不理想状态下,线程A获取了count的值此时为9,同时线程B也获得了count为9的值,但线程A意外被阻塞了一下,线程B已经完成了++count操作,此时count的值已经为10,错误出现了,线程A获得的count是上个状态的count=9,线程A执行完之后,count依然是9,结果与我们预期(count=11)出现了偏差,此时,称此类拥有"竞态条件",但并不总会产生错误,但不幸的是,运行过程中出现了不恰当的时序,引发了引种的数据完整性问题(失效数据).

  引出了一个概念,多线程环境下,会有发生并发安全问题的风险,成为竞态条件(Race Condition);
 
  说到这里不得不提及一个叫无状态的类的概念:一个既不包含任何域,也不包含任何对其他类域的引用的类成为无状态的,计算过程的临时状态仅仅存儲在线程栈上的局部变量中,且只能由正在执行的线程访问,所以无状态对象一定是线程安全的.
 
  
 
  那么我们如何解决,或者说如何应对安全性问题呢?
  要避免竞态条件问题,就必须在某个线程修改该变量时,通过某种方式防止其它线程使用这个变量,这种变量(资源),可以称之为"临界区"(Critical Section);
 
1.可以让临界资源声明成java.util.concurrent.atomic包中的原子变量类;
//ThreadSafe
public class CountingFactorizer implements Servlet {
private final AtomicLong count = new AtomicLong(0); public long getCOunt() { return count.get(); } public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp){
BigInteger i = extractFromRequest(req);
BigInteger[] factors = factor(i);
count.incrementAndGet();  //该操作是原子的,调用时会防止其它线程调用,实现在数值和对象引用的原子状态转换
encodeIntoResponse(resp, factors);
}
}

2.可以加锁机制(既可以确保原子性,又可以确保可见性):

    Java提供了一种内置锁(监听器锁)机制来支持原子性:同步代码块(Synchronized Block):线程在进入同步代码块之前会自动获得锁,并且在推出同步代码块时自动释放锁;

    内置锁:相当于一种互斥锁,意味着最多只能有一个线程能够持有这种锁,故每次只能有一个线程可以执行内置锁保护的代码块,并且内置锁时可重入的

    这里不得不提”重入“:意味着获取锁的操作的粒度是”线程“,而不是”调用“,即可重入的锁可由一个线程多次调用,若一个内置锁不可重入,则会有死锁的风险。下面是一个例子来说明"可重入":

    

public class Widget {
public synchronized void doSomething(){
//TODO
} public class LoggingWidget extends Widget {
public synchronized void doSomething(){
super.doSomething();
}
}
}

    如果内置锁不是可重入的,那么执行到super.doSomething()时,doSomething()已经被锁住,LoggingWidget中的doSomething()已经无法获得父类中doSomething()的锁,因此进入了无限的等待(死锁);

    如果内置锁时可重入的,那么线程可以多次获得doSomething()的锁,就不会发生死锁.

    当然,并非所有数据都需要锁的保护,只有被多个线程同事访问的可变数据才需要锁的保护;

3.Volatile变量(比锁机制更加轻量,确保了可见性又避免了重排序)

    volatile变量是Java提供的一种稍弱的同步机制,当把变量声明为volatile类型后,编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的,因此不会将该变量上的操作与其它内存操作进行重排序(reorder),读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值

      

    重排序是什么?

      在执行程序时为了提高性能,编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序会遵守数据的依赖性,编译器和处理器不会改变存在数据依赖关系的两个操作的执行顺序。

        

int a = 0; int b = 0;

      翻译成机器指令后并不能保证a = 0操作在b = 0操作之前;

      因为编译器、处理器会对指令进行重排序,通常而言,Java源程序变成最后的机器执行指令会经过重排序。

    何时使用volatile?(参考博文的结尾处:https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html)

      状态标记量;

      double check;

      例如

volatile boolean asleep = false;

...
while (!asleep) {
countSheep();
...

    asleep必须被volatile修饰,变量asleep才能相对各个线程可见,否则进入循环的线程将会将无限循环下去.

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