java多线程并发访问解决方案

原文地址：java多线程并发访问解决方案 作者：大海巨浪

多线程并发访问解决方案

 

synchronized关键字主要解决多线程共享数据同步问题。

ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据因并发产生不一致问题。

ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别。synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。

当然ThreadLocal并不能替代synchronized,它们处理不同的问题域。Synchronized用于实现同步机制，比ThreadLocal更加复杂。

 

l         java中synchronized用法

       使用了synchronized关键字可以轻松地解决多线程共享数据同步问题。

  synchronized 关键字可以作为函数的修饰符，也可作为函数内的语句，也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类， synchronized 可作用于 instance 变量、 object reference （对象引用）、 static 函数和 class literals( 类名称字面常量 ) 身上。  

       synchronized取得的锁都是对象；每个对象只有一个锁（lock）与之相关联；实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。

 

synchronized的4种用法

1.      方法声明时使用,线程获得的是成员锁.

2.      对某一代码块使用,synchronized后跟括号,括号里是变量,线程获得的是成员锁.

3．synchronized后面括号里是一对象,此时,线程获得的是对象锁.

4．synchronized后面括号里是类,此时,线程获得的是对象锁. 

 

synchronized的使用还是有一些细节问题要注意的。

      1.synchronized与static synchronized 的区别
      synchronized是对类的当前实例进行加锁，防止其他线程同时访问该类的该实例的所有synchronized块，注意这里是“类的当前实例”，类的两个不同实例就没有这种约束了。那么static synchronized恰好就是要控制类的所有实例的访问了，static synchronized是限制线程同时访问jvm中该类的所有实例同时访问对应的代码快。实际上，在类中某方法或某代码块中有synchronized，那么在生成一个该类实例后，改类也就有一个监视快，放置线程并发访问改实例synchronized保护快，而static synchronized则是所有该类的实例公用一个监视快了，也也就是两个的区别了,也就是synchronized相当于this.synchronized，而
static synchronized相当于Something.synchronized.
      一个日本作者-结成浩的《java多线程设计模式》有这样的一个列子：
      pulbic class Something(){
         public synchronized void isSyncA(){}
         public synchronized void isSyncB(){}
         public static synchronized void cSyncA(){}
         public static synchronized void cSyncB(){}
     }
   那么，加入有Something类的两个实例a与b，那么下列组方法何以被1个以上线程同时访问呢
   a.   x.isSyncA()与x.isSyncB()
   b.   x.isSyncA()与y.isSyncA()
   c.   x.cSyncA()与y.cSyncB()
   d.   x.isSyncA()与Something.cSyncA()
    这里，很清楚的可以判断：
   a，都是对同一个实例的synchronized域访问，因此不能被同时访问
   b，是针对不同实例的，因此可以同时被访问
   c，因为是static synchronized，所以不同实例之间仍然会被限制,相当于Something.isSyncA()与  Something.isSyncB()了，因此不能被同时访问。
   那么，第d呢?，书上的答案是可以被同时访问的，答案理由是synchronzied的是实例方法与synchronzied的类方法由于锁定（lock）不同的原因。
   个人分析也就是synchronized 与static synchronized 相当于两帮派，各自管各自，相互之间就无约束了，可以被同时访问。目前还不是分清楚java内部设计synchronzied是怎么样实现的。

    结论：A: synchronized static是某个类的范围，synchronized static cSync{}防止多个线程同时访问这个    类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。
  
               B: synchronized 是某实例的范围，synchronized isSync(){}防止多个线程同时访问这个实例中的synchronized 方法。

     2.synchronized方法与synchronized代码快的区别
     假设P1、P2是同一个类的不同对象，这个类中定义了以下几种情况的同步块或同步方法，P1、P2就都能够调用他们。

Java的synchronized使用方法总结

1．  把synchronized当作函数修饰符时，示例代码如下：

1. Public synchronized void method(){   
2. //….   
3. }  

这也就是同步方法，那这时synchronized锁定的是哪个对象呢？他锁定的是调用这个同步方法对象。也就是说，当一个对象P1在不同的线程中执行这个同步方法时，他们之间会形成互斥，达到同步的效果。但是这个对象所属的Class所产生的另一对象P2却能够任意调用这个被加了synchronized关键字的方法。
上边的示例代码等同于如下代码：

1. public void method()   
2. {   
3. synchronized (this)      //  (1)   
4. {   
5.        //…..   
6. }   
7. }   

(1)处的this指的是什么呢？他指的就是调用这个方法的对象，如P1。可见同步方法实质是将synchronized作用于object reference。――那个拿到了P1对象锁的线程，才能够调用P1的同步方法，而对P2而言，P1这个锁和他毫不相干，程式也可能在这种情形下摆脱同步机制的控制，造成数据混乱。

2．同步块，示例代码如下：

1. public void method(SomeObject so) {   
2. synchronized(so)   
3. {   
4.        //…..   
5. }   
6. }   

这时，锁就是so这个对象，谁拿到这个锁谁就能够运行他所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时，就能够这样写程式，但当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，能够创建一个特别的instance变量（他得是个对象）来充当锁：

1. class Foo implements Runnable   
2. {   
3.        private byte[] lock = new byte[0];  // 特别的instance变量   
4.     Public void method()   
5. {   
6.        synchronized(lock) { //… }   
7. }   
8. //…..   
9. }   

注：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码：生成零长度的byte[]对象只需3条操作码，而Object lock = new Object()则需要7行操作码。

3．将synchronized作用于static 函数，示例代码如下：

1.       Class Foo   
2. {   
3. public synchronized static void method1()   // 同步的static 函数   
4. {   
5. //….   
6. }   
7. public void method2()   
8. {   
9.        synchronized(Foo.class)   //  class literal(类名称字面常量)   
10. }   
11.        }   

代码中的method2()方法是把class literal作为锁的情况，他和同步的static函数产生的效果是相同的，取得的锁很特别，是当前调用这个方法的对象所属的类（Class，而不再是由这个Class产生的某个具体对象了）。
记得在《Effective Java》一书中看到过将 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步锁还不相同，不能用P1.getClass()来达到锁这个Class的目的。P1指的是由Foo类产生的对象。
能够推断：假如一个类中定义了一个synchronized的static函数A，也定义了一个synchronized 的instance函数B，那么这个类的同一对象Obj在多线程中分别访问A和B两个方法时，不会构成同步，因为他们的锁都不相同。A方法的锁是Obj所属的那个Class，而B的锁是Obj所属的这个对象。

Java的synchronized使用方法小结如下：

搞清楚synchronized锁定的是哪个对象，就能帮助我们设计更安全的多线程程式。

更有一些技巧能够让我们对共享资源的同步访问更加安全：
1．  定义private 的instance变量+他的 get方法，而不要定义public/protected的instance变量。假如将变量定义为public，对象在外界能够绕过同步方法的控制而直接取得他，并改变他。这也是JavaBean的标准实现方式之一。
2．  假如instance变量是个对象，如数组或ArrayList什么的，那上述方法仍然不安全，因为当外界对象通过get方法拿到这个instance对象的引用后，又将其指向另一个对象，那么这个private变量也就变了，岂不是很危险。这个时候就需要将get方法也加上synchronized同步，并且，只返回这个private对象的clone()――这样，调用端得到的就是对象副本的引用了。

 

 

l         java.lang.ThreadLocal()的用法

一、概述

ThreadLocal是什么呢?其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本，它并不是一个Thread，而是threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适。线程局部变量(ThreadLocal)其实的功用非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，是Java中一种较为特殊的线程绑定机制，是每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其它线程的副本冲突。

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?其实实现的思路很简单，在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。

概括起来说，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。

二、API说明

ThreadLocal()

创建一个线程本地变量。

T get()

返回此线程局部变量的当前线程副本中的值，如果这是线程第一次调用该方法，则创建并初始化此副本。

protected T initialValue()

返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次，即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(T) 方法，则不会在线程中再调用 initialValue 方法。

若该实现只返回 null;如果程序员希望将线程局部变量初始化为 null 以外的某个值，则必须为 ThreadLocal 创建子类，并重写此方法。通常，将使用匿名内部类。initialValue 的典型实现将调用一个适当的构造方法，并返回新构造的对象。

void remove()

移除此线程局部变量的值。这可能有助于减少线程局部变量的存储需求。如果再次访问此线程局部变量，那么在默认情况下它将拥有其 initialValue。

void set(T value)

将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。许多应用程序不需要这项功能，它们只依赖于 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。

在程序中一般都重写initialValue方法，以给定一个特定的初始值。

三、典型实例

四、总结

ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据因并发产生不一致问题。

    ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本，通过访问副本来运行业务，这样的结果是耗费了内存，单大大减少了线程同步所带来性能消耗，也减少了线程并发控制的复杂度。

ThreadLocal不能使用原子类型，只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。

五、ThreadLocal使用的一般步骤

1、在多线程的类(如ThreadDemo类)中，创建一个ThreadLocal对象threadXxx，用来保存线程间需要隔离处理的对象xxx。

2、在ThreadDemo类中，创建一个获取要隔离访问的数据的方法getXxx()，在方法中判断，若ThreadLocal对象为null时候，应该new()一个隔离访问类型的对象，并强制转换为要应用的类型。

3、在ThreadDemo类的run()方法中，通过getXxx()方法获取要操作的数据，这样可以保证每个线程对应一个数据对象，在任何时刻都操作的是这个对象。