Java多线程的同步机制(synchronized)
一段synchronized的代码被一个线程执行之前,他要先拿到执行这段代码的权限,在 java里边就是拿到某个同步对象的锁(一个对象只有一把锁); 如果这个时候同步对象的锁被其他线程拿走了,他(这个线程)就只能等了(线程阻塞在锁池 等待队列中)。 取到锁后,他就开始执行同步代码(被synchronized修饰的代码);线程执行完同步代码后马上就把锁还给同步对象,其他在锁池中 等待的某个线程就可以拿到锁执行同步代码了。这样就保证了同步代码在统一时刻只有一个线程在执行。
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。
本文大致的目录结构如下:
一、线程的先来后到——问题的提出:为什么要有多线程同步?Java多线程同步的机制是什么?
二、给我一把锁,我能创造一个规矩——传统的多线程同步编程方法有哪些?他们有何异同?
三、Lock来了,大家都让开—— Java并发框架中的Lock详解。
四、你有我有全都有—— ThreadLocal如何解决并发安全性?
五、总结——Java线程安全的几种方法对比。
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,一旦第一位开始如厕,则第二位必须等待第一位结束,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?o(∩_∩)o...哈哈。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。
在上一篇中,我们讲到了多线程是如何处理共享资源的,以及保证他们对资源进行互斥访问所依赖的重要机制:对象锁。
本篇中,我们来看一看传统的同步实现方式以及这背后的原理。
很多人都知道,在Java多线程编程中,有一个重要的关键字,synchronized。但是很多人看到这个东西会感到困惑:“都说同步机制是通过对象锁来实现的,但是这么一个关键字,我也看不出来Java程序锁住了哪个对象阿?“
没错,我一开始也是对这个问题感到困惑和不解。不过还好,我们有下面的这个例程:
- public class ThreadTest extends Thread {
- private int threadNo;
- public ThreadTest(int threadNo) {
- this.threadNo = threadNo;
- }
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- for (int i = 1; i < 10; i++) {
- new ThreadTest(i).start();
- Thread.sleep(1);
- }
- }
- @Override
- public synchronized void run() {
- for (int i = 1; i < 10000; i++) {
- System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);
- }
- }
- }
这个程序其实就是让10个线程在控制台上数数,从1数到9999。理想情况下,我们希望看到一个线程数完,然后才是另一个线程开始数数。但是这个程序的执行过程告诉我们,这些线程还是乱糟糟的在那里抢着报数,丝毫没有任何规矩可言。
但是细心的读者注意到:run方法还是加了一个synchronized关键字的,按道理说,这些线程应该可以一个接一个的执行这个run方法才对阿。
但是通过上一篇中,我们提到的,对于一个成员方法加synchronized关键字,这实际上是以这个成员方法所在的对象本身作为对象锁。在本例中,就是 以ThreadTest类的一个具体对象,也就是该线程自身作为对象锁的。一共十个线程,每个线程持有自己 线程对象的那个对象锁。这必然不能产生同步的效果。换句话说,如果要对这些线程进行同步,那么这些线程所持有的对象锁应当是共享且唯一的!
我们来看下面的例程:
- public class ThreadTest2 extends Thread {
- private int threadNo; private String lock;
- public ThreadTest2(int threadNo, String lock) {
- this.threadNo = threadNo;
- this.lock = lock; }
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- String lock = new String("lock");
- for (int i = 1; i < 10; i++) {
- new ThreadTest2(i, lock).start();
- Thread.sleep(1);
- }
- }
- public void run() {
- synchronized (lock) {
- for (int i = 1; i < 10000; i++) {
- System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);
- }
- }
- }
- }
我们注意到,该程序通过在main方法启动10个线程之前,创建了一个String类型的对象。并通过ThreadTest2的构造函数,将这个对象赋值 给每一个ThreadTest2线程对象中的私有变量lock。根据Java方法的传值特点,我们知道,这些线程的lock变量实际上指向的是堆内存中的 同一个区域,即存放main函数中的lock变量的区域。
程序将原来run方法前的synchronized关键字去掉,换用了run方法中的一个synchronized块来实现。这个同步块的对象锁,就是 main方法中创建的那个String对象。换句话说,他们指向的是同一个String类型的对象,对象锁是共享且唯一的!
于是,我们看到了预期的效果:10个线程不再是争先恐后的报数了,而是一个接一个的报数。
再来看下面的例程:
- public class ThreadTest3 extends Thread {
- private int threadNo;
- private String lock;
- public ThreadTest3(int threadNo) {
- this.threadNo = threadNo;
- }
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- for (int i = 1; i < 20; i++) {
- new ThreadTest3(i).start();
- Thread.sleep(1);
- }
- }
- public static synchronized void abc(int threadNo) {
- for (int i = 1; i < 10000; i++) {
- System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);
- }
- }
- public void run() {
- abc(threadNo);
- }
- }
细心的读者发现了:这段代码没有使用main方法中创建的String对象作为这10个线程的线程锁。而是通过在run方法中调用本线 程中一个静态的同步 方法abc而实现了线程的同步。我想看到这里,你们应该很困惑:这里synchronized静态方法是用什么来做对象锁的呢?
我们知道,对于同步静态方法,对象锁就是该静态放发所在的类的Class实例,由于在JVM中,所有被加载的类都有唯一的类对象,具体到本例,就是唯一的 ThreadTest3.class对象。不管我们创建了该类的多少实例,但是它的类实例仍然是一个!
这样我们就知道了:
1、对于同步的方法或者代码块来说,必须获得对象锁才能够进入同步方法或者代码块进行操作;
2、如果采用method级别的同步,则对象锁即为method所在的对象,如果是静态方法,对象锁即指method所在的
Class对象(唯一);3、对于代码块,对象锁即指synchronized(abc)中的abc;
4、因为第一种情况,对象锁即为每一个线程对象,因此有多个,所以同步失效,第二种共用同一个对象锁lock,因此同步生效,第三个因为是
static因此对象锁为ThreadTest3的class 对象,因此同步生效。如上述正确,则同步有两种方式,同步块和同步方法(为什么没有wait和notify?这个我会在补充章节中做出阐述)
如果是同步代码块,则对象锁需要编程人员自己指定,一般有些代码为synchronized(this)只有在单态模式才生效;
(本类的实例有且只有一个)如果是同步方法,则分静态和非静态两种 。
静态方法则一定会同步,非静态方法需在单例模式才生效,推荐用静态方法(不用担心是否单例)。
所以说,在Java多线程编程中,最常见的synchronized关键字实际上是依靠对象锁的机制来实现线程同步的。
我们似乎可以听到synchronized在向我们说:“给我一把 锁,我能创造一个规矩”。
Java多线程的同步机制(synchronized)的更多相关文章
- java多线程学习-同步(synchronized)
(示例都是网上视频的) 假如两个线程同时调用一个方法输出字符串 public class SynchronizedTest extends Thread { public static void ma ...
- java多线程(三)——锁机制synchronized(同步语句块)
用关键字synchronized声明方法在某些情况下是有弊端的,比如A线程调用同步方法之行一个长时间的任务,那么B线程必须等待比较长的时间,在这样的情况下可以使用synchronized同步语句快来解 ...
- java多线程(二)——锁机制synchronized(同步方法)
synchronized Java语言的关键字,可用来给对象和方法或者代码块加锁,当它锁定一个方法或者一个代码块的时候,同一时刻最多只有一个线程执行这段代码.当两个并发线程访问同一个对象object中 ...
- java两种同步机制的实现 synchronized和reentrantlock
java两种同步机制的实现 synchronized和reentrantlock 双11加保障过去一周,趁现在有空,写一点硬货,因为在进入阿里之后工作域的原因之前很多java知识点很少用,所以记录一下 ...
- Java多线程(三)—— synchronized关键字详解
一.多线程的同步 1.为什么要引入同步机制 在多线程环境中,可能会有两个甚至更多的线程试图同时访问一个有限的资源.必须对这种潜在资源冲突进行预防. 解决方法:在线程使用一个资源时为其加锁即可. 访问资 ...
- Java 多线程(六) synchronized关键字详解
多线程的同步机制对资源进行加锁,使得在同一个时间,只有一个线程可以进行操作,同步用以解决多个线程同时访问时可能出现的问题. 同步机制可以使用synchronized关键字实现. 当synchroniz ...
- Java多线程的同步控制记录
Java多线程的同步控制记录 一.重入锁 重入锁完全可以代替 synchronized 关键字.在JDK 1.5 早期版本,重入锁的性能优于 synchronized.JDK 1.6 开始,对于 sy ...
- Java多线程之同步集合和并发集合
Java多线程之同步集合和并发集合 不管是同步集合还是并发集合他们都支持线程安全,他们之间主要的区别体现在性能和可扩展性,还有他们如何实现的线程安全. 同步集合类 Hashtable Vector 同 ...
- JAVA多线程与锁机制
JAVA多线程与锁机制 1 关于Synchronized和lock synchronized是Java的关键字,当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候,能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码 ...
随机推荐
- [VB]常用函数
(一)类型转换类函数 . CType(X) [格式]: P=CBool(X) ' 将X转换为"布尔"(Boolean)类型 P=CByte(X) ' 将X转换为"字节&q ...
- 生产环境中tomcat的配置
生产环境中要以daemon方式运行tomcat 通常在开发环境中,我们使用$CATALINA_HOME/bin/startup.sh来启动tomcat, 使用$CATALINA_HOME/bin/sh ...
- 安卓,网页控件,显示网页 Android, web controls, display web pages
安卓,网页控件,显示网页Android, web controls, display web pages 作者:韩梦飞沙 Author:han_meng_fei_sha 邮箱:313134555@qq ...
- 潭州课堂25班:Ph201805201 第六课:散列类型,运算符优先级和逻辑运算 (课堂笔记)
# # 集合:# se1 = { 1,3,4,5,'a'} # 如果直接添加元素,不能直接添加可变元素# se2 = set() # 定义一个空集合# se3 = {'a'} # 定义个单元素的集合# ...
- bootsrap中的输入框demo1
<!doctype html><html > <head> <meta charset="utf-8"> <link rel= ...
- C1驾考总结
C1学车经验总结 科目1:理论考试,要点:驾考宝典上有关科目一的题全部做一遍,然后使用模拟测试,连续能够三次测试通过95分以上,说明差不多了.其中要特别注意,多去回顾几次做错过的题目. ...
- 来自极客头条的 15个常用的javaScript正则表达式
摘要收集整理了15个常用的javaScript正则表达式,其中包括用户名.密码强度.整数.数字.电子邮件地址(Email).手机号码.身份证号.URL地址. IPv4地址. 十六进制颜色. 日期. Q ...
- springboot中velocity tool中注入bean
在使用springboo的时候,遇到一个问题,想在tool类中注入一个bean,一直失败,翻了下源码,是因为工具类的初始化方法为反射class调用newInstance方法,详见 http://www ...
- Android 获得手机屏幕真实的宽高
http://stackoverflow.com/questions/1016896/get-screen-dimensions-in-pixels WindowManager w = activit ...
- SharePoint 多行文本字段设置默认值
前言 最近有这样一个需求,创建一个表单,里面有多行文本字段,但是要求内容默认带一个表格,这样用户新建项目的时候,就可以直接填表格了. 好吧,这样的需求我们可以通过JavaScript实现. 1.默认的 ...