03 java线程安全与通讯

1 synchronized

synchronized关键字可以实现一个简单的策略来防止线程干扰和内存一致性错误。如果一个对象对于多个线程是可见的，那么该对象的所有读写都将通过同步的方式进行，具体表现如下

• synchronized关键字提供了一种锁的机制，确保共享变量的互斥访问，防止数据不一致问题的出现
• synchronized关键字包括monitor enter 和monitor exit两个jvm指令，能保证在任何时候，任何线程执行到monitor enter成功之间都从主内存中获取数据，而不是从缓存中。在monitor exit 运行成功后，共享变量被更新后的值必须刷入主内存。
• synchronized的指令严格准守java happens-before 规则， 一个monitor exit 指令之间必定要有一个monitor enter

1.1 This Monitor

synchronized关键字修饰了同一个实例对象的两个不同方法，争抢的是同一个monitor的lock，而与之关联的引用则是ThisMonitor的实例引用。

如下代码示例：

 

 

运行上面测试类后，执行结果只有method1方法运行，另外一个方法method2根本没有执行，分析线程的堆栈信息，执行jdk自带的jstack pid名称，如下图：

 

 

1.2 Class Monitor

一个类上有2个静态方法分别使用synchronized对其进行同步,只有一个方法被调用，另一个方法并没有被调用。

如下代码示例：

 

 

分析线程堆栈信息如下：

 

 

2 死锁

• 交叉锁可导致程序出现死锁

线程A持有R1的锁等待获取R2的锁，

线程B持有R2的锁等待获取R1的锁。

• 内存不足

线程T1, 已经获取了10M内存，还需要20M内存

线程T2，已经获取了20M内存，还需要10M内存

两个线程都需要等待彼此能够释放内存资源。才能继续执行

• 一问一答的数据交换

服务端开启某个端口，等待客户端访问，客户端发送请求立即等待接收，由于某种原因服务端错过了客户端的请求。

仍然在等待一问一答式的数据交换，此时服务端和客户端都在等待着对方发送数据

• 数据库锁

无论是数据库表级别的锁，还是行级别的锁，比如某个线程执行了for update 语句退出了事务，其他线程访问该数据库时都将陷入死锁。

• 文件锁

某线程获得了文件锁，意外退出，其他读取该文件的线程也将会进入死锁，知道系统释放文件句柄资源

• 死循环引起的死锁

程序由于代码原因或者对某些异常处理不当，进入死循环。查看线程堆栈信息不会发现任何死锁的迹象，但是程序不工作。cpu居高不下

这种死锁一般称为系统假死。排查较困难。

 

3 线程通信

3.1 wait、notify、notifyAll

线程间的协作通过wait、notify和notifyAll来实现的，

• wait()、notify()和notifyAll()方法是本地方法，并且为final方法，无法被重写。
• 调用某个对象的wait()方法能让当前线程阻塞，并且当前线程必须拥有此对象的monitor（即锁）
• 调用某个对象的notify()方法能够唤醒一个正在等待这个对象的monitor的线程，如果有多个线程都在等待这个对象的monitor，则只能唤醒其中一个线程；
• 调用notifyAll()方法能够唤醒所有正在等待这个对象的monitor的线程；

　　如果调用某个对象的wait()方法，当前线程必须拥有这个对象的monitor（即锁），因此调用wait()方法必须在同步块或者同步方法中进行（synchronized块或者synchronized方法）。

　　调用某个对象的wait()方法，相当于让当前线程交出此对象的monitor，然后进入等待状态，等待后续再次获得此对象的锁（Thread类中的sleep方法使当前线程暂停执行一段时间，从而让其他线程有机会继续执行，但它并不释放对象锁）；

　　notify()方法能够唤醒一个正在等待该对象的monitor的线程，当有多个线程都在等待该对象的monitor的话，则只能唤醒其中一个线程，具体唤醒哪个线程则不得而知。

　　同样地，调用某个对象的notify()方法，当前线程也必须拥有这个对象的monitor，因此调用notify()方法必须在同步块或者同步方法中进行（synchronized块或者synchronized方法）。

　　nofityAll()方法能够唤醒所有正在等待该对象的monitor的线程，这一点与notify()方法是不同的。

　　这里要注意一点：notify()和notifyAll()方法只是唤醒等待该对象的monitor的线程，并不决定哪个线程能够获取到monitor。

 

Condition是在java 1.5中才出现的，它用来替代传统的Object的wait()、notify()实现线程间的协作，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition的await()、signal()这种方式实现线程间协作更加安全和高效

3.2 线程休息室wait set

若干个线程调用了wait方法之后被加入与monitor关联的wait set中，待另外一个线程调用该monitor的notify方法之后，其中一个线程会从wait set中弹出，至于是随机弹出还是以先进先出的方式弹出，虚拟机规范没有给出强制要求