并发编程之多线程线程安全(下)-程序员宅基地

技术标签: java  

1、什么是 Volatile?

volatile 是一个类型修饰符,具有可见性,也就是说一旦某个线程修改了该被 volatile 修饰的变量,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,可以立即获取修改之后的值。

在 java 中为了加快程序的运行效率,对一些变量的操作通常是在该线程的寄存器或是 CPU 缓存上进行的,之后才会同步到主存中,而加了 volatile 修饰符的变量则是直接读写主存。

[可以搜索了解一下 java 中的内存模型]

看下面一段代码:

class ThreadVolatileDemo extends Thread {
     

    public boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始执行子线程....");
        while (flag) {
        }
        System.out.println("线程停止");
    }

    public void setRuning(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }
}

public class ThreadVolatile {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadVolatileDemo threadVolatileDemo = new ThreadVolatileDemo();
        threadVolatileDemo.start();
        Thread.sleep(3000);
        threadVolatileDemo.setRuning(false);
        System.out.println("flag 已经设置成false");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(threadVolatileDemo.flag);
    }
}

运行结果:

开始执行子线程....
flag 已经设置成false
false

已经将结果设置为 fasle 为什么?还一直在运行呢。

原因:线程之间是不可见的,读取的是副本,没有及时读取到主内存结果。

解决办法使用 volatile 关键字将解决线程之间可见性, 强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值。

2、Volatile 与 Synchronize 的区别?
  1. volatile 虽然具有可见性但是并不能保证原子性。
  2. 性能方面,synchronized 关键字是防止多个线程同时执行一段代码,就会影响程序执行效率,而 volatile 关键字在某些情况下性能要优于synchronized。但是要注意 volatile 关键字是无法替代 synchronized 关键字的,因为 volatile 关键字无法保证操作的原子性。

上篇以及本篇多次提及原子性,借此重新了解一下多线程中的三大特性。

原子性、可见性、有序性。

2.1、什么是原子性?

如果有了解过事务的小伙伴,这一块就比较好理解了,所谓的原子性即一个或多个操作,要么全部执行完成,要么就都不执行,如果只执行了一部分,对不起,你得撤销已经完成的操作。

举个例子:

账户 A 向账户 B 转账 1000 元,那么必然包括 2 个操作:从账户 A 减去 1000,向账户 B 加上 1000,这两个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题发生。

总结:所谓的原子性其实就是保证数据一致、线程安全的一部分。

2.2、什么是可见性?

当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程就能够立即看到修改的值。

若两个线程在不同的 cpu,有个变量 i ,线程 1 改变了 i 的值还没有刷新到主存,线程 2 又使用了 i,那么这个 i 值肯定还是之前的,线程 1 对变量的修改,线程2 没有看到,这就是可见性问题了。

2.3、什么是有序性?

即程序执行时按照代码书写的先后顺序执行。在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。(本文不对指令重排作介绍,但不代表它不重要,它是理解 java 并发原理时非常重要的一个概念)。

重排序文章留空,后面补充。

3、多线程之间的通讯

什么是多线程之间的通讯?

多线程之间通讯,其实就是多个线程在操作同一个资源,但是操作的动作不同。画图演示:

多线程之间的通讯需求:

第一个线程写入(input)用户,另一个线程读取(out)用户,实现读一个写一个操作。

代码实现:

共享资源实习类 Res

class Res2{
     
    public String userName;
    public String userSex;
}

class InputThread extends Thread{

    private Res2 mRes;

    public InputThread(Res2 mRes){
        this.mRes = mRes;
    }

    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        while (true) {
            synchronized (mRes){
                if (count == 0) {
                    mRes.userName = "余胜军";
                    mRes.userSex = "男";
                } else {
                    mRes.userName = "小紅";
                    mRes.userSex = "女";
                }
                count = (count + 1) % 2;
            }
        }
    }
}

class OutThread extends Thread{

    private Res2 mRes;

    public OutThread(Res2 mRes){
        this.mRes = mRes;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            System.out.println(mRes.userName + "--" + mRes.userSex);
        }
    }
}

public class Demo9 {

    public static void main(String[] args){

        Res2 res = new Res2();
        InputThread intThrad = new InputThread(res);
        OutThread outThread = new OutThread(res);
        intThrad.start();
        outThread.start();

    }

}

打印结果:

...
余胜军--男
小紅--女
小紅--女
余胜军--男
小紅--女

在代码中我们用到了 synchronized 关键字解决线程线程安全问题,所以实现了正确打印,如果不使用 synchronized 的话,可能会出现如下打印的脏数据:

余胜军--女
小紅--女
小紅--男
余胜军--男
小紅--女
wait()、 notify() 方法。

关于该方法的介绍:

  1. 因为涉及到对象锁,他们必须都放在 synchronized 中来使用。
  2. wait 必须暂停当前正在执行的线程,并释放资源锁,让其他线程可以有机会运行。
  3. notify/notifyall:唤醒锁池中的线程,使之运行。

了解了 wait、notify 方法后,我们来改造一下上边的代码:

class Res2{
     
    public String userName;
    public String userSex;
    public boolean flag = false;/*线程通讯标识*/
}

class InputThread extends Thread{

    private Res2 mRes;

    public InputThread(Res2 mRes){
        this.mRes = mRes;
    }

    @Override
    public void run() {
        int count = 0;
        while (true) {
            synchronized (mRes){
               if(mRes.flag){
                   try {
                       mRes.wait();
                   }catch (Exception e){

                   }
               }
               if (count == 0) {
                    mRes.userName = "余胜军";
                    mRes.userSex = "男";
                } else {
                    mRes.userName = "小紅";
                    mRes.userSex = "女";
                }
                count = (count + 1) % 2;

                mRes.flag = true;
                mRes.notify();
            }
        }
    }
}

class OutThread extends Thread{

    private Res2 mRes;

    public OutThread(Res2 mRes){
        this.mRes = mRes;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){

            synchronized (mRes){
                if(!mRes.flag){

                    try {
                        mRes.wait();
                    } catch (Exception e) {}
                }

                System.out.println(mRes.userName + "--" + mRes.userSex);

                mRes.flag = false;
                mRes.notify();
            }

        }
    }
}

public class Demo9 {

    public static void main(String[] args){

        Res2 res = new Res2();
        InputThread intThrad = new InputThread(res);
        OutThread outThread = new OutThread(res);
        intThrad.start();
        outThread.start();

    }

}
wait() 与 sleep() 区别?

sleep() 方法时属于 Thread 类的,而 wait() 方法是属于 Object 类的。

sleep() 方法导致了程序暂停执行指定的时间,让出 cpu 给其他线程,但是它的监控状态依然保持着,当指定的时间到了又会自动恢复运行状态。

在调用 sleep() 方法的过程中,线程不会释放对象锁。

而当调用 wait() 方法的时候,线程会放弃对象锁,进入等待此对象的等待锁定池,只有针对此对象调用 notify() 方法后本线程才进入对象锁池准备,获取对象锁进入运行状态。

Lock锁(显示锁)

lock接口提供了与 synchronized 关键字类似的同步功能,但需要在使用时需要手动获取锁和释放锁。

代码示例:

Lock lock  = new ReentrantLock();
lock.lock();
try{
    /*可能会出现线程安全的操作*/
}finally{
    /*一定在finally中释放锁*/
    /*也不能把获取锁在try中进行,因为有可能在获取锁的时候抛出异常*/
    lock.ublock();
}
Condition用法—Lock中的wait()、notify()

Condition 的功能类似于在传统的线程技术中的 Object.wait() 和 Object.notify() 的功能。

代码:

Condition condition = lock.newCondition();

res. condition.await();  类似wait

res. Condition. Signal() 类似notify
synchronized 与 lock 的区别

synchronized 重量级,lock 轻量级锁,synchronized 不可控制,lock 可控制。

lock 相对 synchronized 比较灵活。

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