多线程编程核心技术(四)互斥锁:解决原子性问题
上一个文章已经介绍出了线程切换导致无法实现原子性。那么一个问题：单核CPU是否有原子性问题，是依然有安全性问题的。
public class OneCpuCoreTest implements Runnable {
private static int count;
@Override
public void run() {
int idx = 0;
while (idx++ < 100000) {
count += 1;
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread1 = new Thread(new OneCpuCoreTest());
Thread thread2 = new Thread(new OneCpuCoreTest());
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println(count);
}
}
可以上自己的学生服务器上去试一试。
“同一时刻只有一个线程执行”这个条件非常重要，我们称之为互斥。如果我们能够保证对共享变量的修改是互斥的，那么，无论是单核 CPU 还是多核 CPU，就都能保证原子性了。
重点就是保持“同一时刻只有一个线程执行”。
进行操作之前先进行加锁，就保证了只有一个线程可以对这一部分代码进行处理。相对而且权限比较低的就是synchronized
当修饰静态方法的时候，锁定的是当前类的 Class 对象，在上面的例子中就是 Class X；当修饰非静态方法的时候，锁定的是当前实例对象 this。像最上面的代码只需要修改成这样就可以
public class OneCpuCoreTest implements Runnable {
private static Integer count=new Integer(0);
@Override
public void run() {
synchronized (count){
int idx = 0;
while (idx++ < 100000) {
count += 1;
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread1 = new Thread(new OneCpuCoreTest());
Thread thread2 = new Thread(new OneCpuCoreTest());
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println(count);
}
}
但是如果是在方法(run方法)上加synchronized是没什么作用的，原因就是加在方法上的锁是锁当前的this对象。而在下面的主方法中是new了两个对象，虽然所以依然都可以进去。如果要在方法上修改的话，需求这样做。
public class OneCpuCoreTest implements Runnable {
private static Integer count=new Integer(0);
@Override
public synchronized void run() {
int idx = 0;
while (idx++ < 100000) {
count += 1;
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
OneCpuCoreTest test = new OneCpuCoreTest();
Thread thread1 = new Thread(test);
Thread thread2 = new Thread(test);
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println(count);
}
}
为什么synchronized修饰了方法，最后另外的线程会知道最新的值呢？可以从happend-before方法看出，解锁总是在加锁之前，所以另外一个线程要知道已经解锁了，就会根据传递性知道最新值。synchronized也被称为管程
互斥锁，在并发领域的知名度极高，只要有了并发问题，大家首先容易想到的就是加锁，因为大家都知道，加锁能够保证执行临界区代码的互斥性。这样理解虽然正确，但是却不能够指导你真正用好互斥锁。临界区的代码是操作受保护资源的路径，类似于球场的入口，入口一定要检票，也就是要加锁，但不是随便一把锁都能有效。所以必须深入分析锁定的对象和受保护资源的关系，综合考虑受保护资源的访问路径，多方面考量才能用好互斥锁。synchronized 是 Java 在语言层面提供的互斥原语，其实 Java 里面还有很多其他类型的锁，但作为互斥锁，原理都是相通的：锁，一定有一个要锁定的对象，至于这个锁定的对象要保护的资源以及在哪里加锁 / 解锁，就属于设计层面的事情了。
然后就是加锁本质就是在锁对象的对象头中写入当前线程id这个是原理一定要记得。new对象的要注意，下面的代码就是无效的。另外JVM逃逸分析的优化后，这个sync代码直接会被优化掉
class SafeCalc {
long value = 0L;
long get() {
synchronized (new Object()) {
return value;
}
}
void addOne() {
synchronized (new Object()) {
value += 1;
}
}
}
如果说N个资源只对应了一把锁，就会有一定的问题，当然不是安全问题，是线程性能问题。例如下面这个代码，就会导致同一时间只可以进行一个方法，存钱了就不能查。
class Account {
// 锁：保护账户余额
private final Object balLock
= new Object();
// 账户余额
private Integer balance;
// 锁：保护账户密码
private final Object pwLock
= new Object();
// 账户密码
private String password;
// 取款
void withdraw(Integer amt) {
synchronized(balLock) {
if (this.balance > amt){
this.balance -= amt;
}
}
}
// 查看余额
Integer getBalance() {
synchronized(balLock) {
return balance;
}
}
// 更改密码
void updatePassword(String pw){
synchronized(pwLock) {
this.password = pw;
}
}
// 查看密码
String getPassword() {
synchronized(pwLock) {
return password;
}
}
}
这样的做，可以保证安全，但是会让别的线程去自旋。
如果用不同的锁对受保护资源进行精细化管理，就能够提升性能。这种锁叫细粒度锁。这种锁可以通过加锁位置的不同来实现不同的颗粒度，给需要加锁的地方，进行最小颗粒度的加锁。这种叫减少锁的时间
又例如ConcurrentHashMap中的切割思想，每一个行加上小锁
看一段代码，这个方法是否是安全的。看起来方法上加了锁是安全的，但是有个问题就是锁加的位置就是方法，也就是锁住当前的实例。如果说传入的Account是无法保护住的。
class Account {
private int balance;
// 转账
synchronized void transfer(
Account target, int amt){
if (this.balance > amt) {
this.balance -= amt;
target.balance += amt;
}
}
}
如果要给这个两个对象都同时上锁，方法有很多，一种是锁Account.class对象，也可以在内部构造的时候传入一个lock对象。
