java进阶知识--线程安全
一、 线程安全
1.1 概述
线程安全:在多线程对同一资源并发访问下可能会造成数据的安全问题。
线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。
也就是说,我们可以通过考虑线程的同步,来解决线程安全问题。
java中提供了线程同步机制(synchronized),为了保证每个线程都能正常的执行原子操作,也就是说在某个线程修改共享资源的时候,其他线程不能修改该资源,等待修改完毕同步之后,才能去抢夺CPU资源,完成对应的操作,保证了数据的同步性,从而解决线程安全问题。
同步:同步是阻塞模式,一个线程要阻塞另一个线程的运行,即向服务器发送请求时,必须等待服务端响应后才可以进行下一步动作。
异步:异步是非阻塞模式,线程之间毫无关系、互不影响,不需要等待服务端响应,就可以进行下一步动作。
1.2 线程同步
完成同步操作的三种方式:① 同步代码块 ② 同步方法 ③ 同步锁
1.2.1 同步代码块
synchronized关键字可以用于方法中的某个区块中,表示只对这个区块的资源实行互斥访问。
格式:
synchronized(同步锁) { //需要同步操作的代码 }
同步代码块中的同步锁:对象的同步锁只是一个概念,可以想象为在对象上标记了一个锁。
1. 锁对象可以是任意类型;(锁对象用任意唯一的对象不好,因为会影响其他无关线程的执行。建议使用共享资源作为锁对象。所以用下面的对象作为同步锁):
- 对于非static同步方法,同步锁就是this;
- 对于static同步方法,我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
2. 多个线程对象,要使用同一把锁;
3. 在任何时候,最多允许一个线程拥有同步锁,只有在释放锁后,下一个线程才可以抢占进入执行。
1.2.2 同步方法
使用synchronized修饰的方法,就叫做同步方法,保证一个线程执行该方法的时候,其他线程只能在方法外等着。
格式:
public synchronized void method() { //可能会产生线程安全的代码 }
底层原理:同步方法其实底层也是有隐式锁对象的,只是锁的范围是整个方法代码。
同步方法中的同步锁:
1.对于非static同步方法,默认同步锁就是this;
2.对于static同步方法,默认我们使用当前方法所在类的字节码对象(类名.class)。
1.2.3 同步锁--Lock锁
java.util.concurrent.locks.Lock机制提供了比synchronized代码块和synchronized方法更广泛的锁定操作,同步代码块/同步方法具有的功能Lock都有,除此之外更强大,更体现面向对象。可以支持多个相关的 Condition
对象。
Condition
将Object
监视器方法(wait
、notify
和notifyAll
)分解成截然不同的对象,以便通过将这些对象与任意Lock
实现组合使用,为每个对象提供多个等待 set(wait-set)。其中,Lock
替代了synchronized
方法和语句的使用,Condition
替代了 Object 监视器方法的使用。
Lock锁也称同步锁,加锁与释放锁方法化了,如下:
-
-
- public void lock(); //加同步锁。
- public void unlock(); //释放同步锁。
-
在调用lock锁方法时,需先在成员位置创建一个ReentrantLock读取锁对象(ReentrantLock是Lock接口的实现类),然后用对象的引用调取相应的方法。
public class Ticket implements Runnable { //共100票 int ticket = 100; //创建Lock锁对象 final Lock ck = new ReentrantLock(); @Override public void run() { //模拟卖票 while(true){ //synchronized (lock){ ck.lock(); if (ticket > 0) { //模拟选坐的操作 try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:" + ticket--); } ck.unlock(); //} } } }
1.3 简述 synchronized和java.util.concurrent.locks.Lock的异同
主要相同点:Lock能完成synchronized所实现的所有功能;
主要不同点:Lock有比synchronized更精确的线程语义和更好的性能;
synchronized会自动释放锁,而Lock一定要手动释放,并且必须在finally从句中释放。
Lock还有更强大的功能,例如:Lock的tryLock()方法可以非阻塞方式去拿锁。
JDK 1.5 提供了多线程升级解决方案,将同步synchronized替换成显示Lock操作。
将Object中的wait、notify、notifyAll,替换成Condition对象,该对象可以Lock锁的
newCondition()
方法去获取。再通过Condition对象去操作线程的等待await()
唤醒signal()、
。signalAll()
二、线程状态
2.1 概述
当线程被创建并启动以后,它既不是一启动就进入了执行状态,也不是一直处于执行状态。在线程的生命周期中,有几种状态呢?
在API中java.lang.Thread.State这个枚举中给出了六种线程状态:
线程状态 | 导致状态发生条件 |
New(新建) | 线程刚被创建,但是并未启动。还没调用start方法。 |
Runnable(可运行) | 线程可以在java虚拟机中运行的状态,可能正在运行自己代码,也可能没有,这取决于操作系统处理器。 |
Blocked(锁阻塞) | 当一个线程试图获取一个对象锁,而该对象锁被其他的线程持有,则该线程进入Blocked状态;当该线程持有锁时,该线程将变成Runnable状态。 |
Waiting(无限等待) | 一个线程在等待另一个线程执行一个(唤醒)动作时,该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的,必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。 |
Timed Waiting(计时等待) | 同waiting状态,有几个方法有超时参数,调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep、object.wait。 |
Teminated(被终止) | 因为run方法正常退出而死亡,或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。 |
2.2 Timed Waiting(计时等待)
计时等待,顾名思义就是给线程设置一个等待时间,使得线程进入等待状态,这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。
带有计时参数的常用方法有Thread.sleep、object.wait。
注意: 调用sleep(毫秒值)方法时,线程是不释放锁对象的,时间一到,直接进入可运行状态;
调用wait(毫秒值)方法时,线程释放锁对象。
2.3 Blocked(锁阻塞)
一个正在阻塞等待一个监视器锁(锁对象)的线程处于这一状态。
2.4 Waiting(无限等待)
一个正在无限期等待另一个线程执行一个特别的(唤醒)动作的线程处于这一状态。——Waiting(无限等待)
进入waiting状态的方法: 锁对象.wait();//无限等待,注意:wait方法若带参,则进入计时等待状态
唤醒线程的方法:
① 锁对象.notify(); //唤醒一个线程
② 锁对象.notifyAll(); //唤醒所有线程
三、
3.2 等待唤醒机制
概述:线程间除了有竞争,也有协作。就是在一个线程进行了规定操作后,就进入等待状态(wait()
wait/notify 就是线程间的一种协作机制。等待唤醒机制其实就是经典的“生产者与消费者”的问题。
调用wait和notify方法需要注意的细节
-
-
wait方法与notify方法是属于Object类的。因为:锁对象可以是任意对象,而任意对象的所属类都是继承了Object类的。
-
-