java并发2--进阶
五、互斥同步
Java 提供了两种锁机制来控制多个线程对共享资源的互斥访问，第一个是 JVM 实现的 synchronized，而另一个是 JDK 实现的 ReentrantLock。
1.1 synchronized
1. 同步一个代码块
public void func() { synchronized (this) { // ... } }
它只作用于同一个对象，如果调用两个对象上的同步代码块，就不会进行同步。
对于以下代码，使用 ExecutorService 执行了两个线程，由于调用的是同一个对象的同步代码块，因此这两个线程会进行同步，当一个线程进入同步语句块时，另一个线程就必须等待。
public class SynchronizedExample { public void func1() { synchronized (this) { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.print(i + " "); } } } } public static void main(String[] args) { SynchronizedExample e1 = new SynchronizedExample(); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); executorService.execute(() -> e1.func1()); executorService.execute(() -> e1.func1()); } 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
对于以下代码，两个线程调用了不同对象的同步代码块，因此这两个线程就不需要同步。从输出结果可以看出，两个线程交叉执行。
public static void main(String[] args) { SynchronizedExample e1 = new SynchronizedExample(); SynchronizedExample e2 = new SynchronizedExample(); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); executorService.execute(() -> e1.func1()); executorService.execute(() -> e2.func1()); } 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9
2. 同步一个方法
public synchronized void func () { // ... }
它和同步代码块一样，作用于同一个对象。
3. 同步一个类
public void func() { synchronized (SynchronizedExample.class) { // ... } }
作用于整个类，也就是说两个线程调用同一个类的不同对象上的这种同步语句，也会进行同步。
public class SynchronizedExample { public void func2() { synchronized (SynchronizedExample.class) { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.print(i + " "); } } } } public static void main(String[] args) { SynchronizedExample e1 = new SynchronizedExample(); SynchronizedExample e2 = new SynchronizedExample(); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); executorService.execute(() -> e1.func2()); executorService.execute(() -> e2.func2()); } 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
4. 同步一个静态方法
public synchronized static void fun() { // ... }
作用于整个类。
1.2 ReentrantLock
ReentrantLock 是 java.util.concurrent（J.U.C）包中的锁。
public class LockExample { private Lock lock = new ReentrantLock(); public void func() { lock.lock(); try { for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.print(i + " "); } } finally { lock.unlock(); // 确保释放锁，从而避免发生死锁。 } } } public static void main(String[] args) { LockExample lockExample = new LockExample(); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); executorService.execute(() -> lockExample.func()); executorService.execute(() -> lockExample.func()); } 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1.3 比较
锁的实现
synchronized 是 JVM 实现的，而 ReentrantLock 是 JDK 实现的。
性能
新版本 Java 对 synchronized 进行了很多优化，例如自旋锁等，synchronized 与 ReentrantLock 大致相同。
等待可中断
当持有锁的线程长期不释放锁的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情。
ReentrantLock 可中断，而 synchronized 不行。
公平锁
公平锁是指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁。
synchronized 中的锁是非公平的，ReentrantLock 默认情况下也是非公平的，但是也可以是公平的。
锁绑定多个条件
一个 ReentrantLock 可以同时绑定多个 Condition 对象。
使用选择
除非需要使用 ReentrantLock 的高级功能，否则优先使用 synchronized。这是因为 synchronized 是 JVM 实现的一种锁机制，JVM 原生地支持它，而 ReentrantLock 不是所有的 JDK 版本都支持。并且使用 synchronized 不用担心没有释放锁而导致死锁问题，因为 JVM 会确保锁的释放。
六、线程之间的协作
当多个线程可以一起工作去解决某个问题时，如果某些部分必须在其它部分之前完成，那么就需要对线程进行协调。
1.4 join()
在线程中调用另一个线程的 join() 方法，会将当前线程挂起，而不是忙等待，直到目标线程结束。
对于以下代码，虽然 b 线程先启动，但是因为在 b 线程中调用了 a 线程的 join() 方法，b 线程会等待 a 线程结束才继续执行，因此最后能够保证 a 线程的输出先于 b 线程的输出。
public class JoinExample { private class A extends Thread { @Override public void run() { System.out.println("A"); } } private class B extends Thread { private A a; B(A a) { this.a = a; } @Override public void run() { try { a.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("B"); } } public void test() { A a = new A(); B b = new B(a); b.start(); a.start(); } } public static void main(String[] args) { JoinExample example = new JoinExample(); example.test(); } A B
1.5 wait() notify() notifyAll()
调用 wait() 使得线程等待某个条件满足，线程在等待时会被挂起，当其他线程的运行使得这个条件满足时，其它线程会调用 notify() 或者 notifyAll() 来唤醒挂起的线程。
它们都属于 Object 的一部分，而不属于 Thread。
只能用在同步方法或者同步控制块中使用，否则会在运行时抛出 IllegalMonitorStateExeception。
使用 wait() 挂起期间，线程会释放锁。这是因为，如果没有释放锁，那么其它线程就无法进入对象的同步方法或者同步控制块中，那么就无法执行 notify() 或者 notifyAll() 来唤醒挂起的线程，造成死锁。
public class WaitNotifyExample { public synchronized void before() { System.out.println("before"); notifyAll(); } public synchronized void after() { try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("after"); } } public static void main(String[] args) { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); WaitNotifyExample example = new WaitNotifyExample(); executorService.execute(() -> example.after()); executorService.execute(() -> example.before()); } before after
wait() 和 sleep() 的区别
- wait() 是 Object 的方法，而 sleep() 是 Thread 的静态方法；
- wait() 会释放锁，sleep() 不会。
1.6 await() signal() signalAll()
java.util.concurrent 类库中提供了 Condition 类来实现线程之间的协调，可以在 Condition 上调用 await() 方法使线程等待，其它线程调用 signal() 或 signalAll() 方法唤醒等待的线程。
相比于 wait() 这种等待方式，await() 可以指定等待的条件，因此更加灵活。
使用 Lock 来获取一个 Condition 对象。
public class AwaitSignalExample { private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition condition = lock.newCondition(); public void before() { lock.lock(); try { System.out.println("before"); condition.signalAll(); } finally { lock.unlock(); } } public void after() { lock.lock(); try { condition.await(); System.out.println("after"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } } public static void main(String[] args) { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); AwaitSignalExample example = new AwaitSignalExample(); executorService.execute(() -> example.after()); executorService.execute(() -> example.before()); } before after
