Java 6-5：拒绝3P，拒绝黄赌毒！——安全性失败，同步访问

首先需要注意的是同步访问会让并行变为串行，但安全和效率，这两个之间没有折衷，安全第一，但我们要追求的必须是高效安全

• 本文涉及到：
  
  • 原子操作
  • 临界区
  • 锁
  • 信号量

因为并发的访问共享资源导致状态不一致造成的安全问题，就叫安全性失败，我们通过同步化访问来解决。

1 共享受限资源

什么时候会出现共享受限资源的冲突？
有一份数据摆在这里，多个worker线程都对其进行修改，状态就可能会乱了

总之，每次访问一个资源时，从进去到出来，都要保证数据的一致性

基本上所有保护共享受限资源的方法，都是序列化对受限资源的访问（同步化），也就是程序到这里就变成串行了，加个锁保证同时只有一个线程访问，这种机制就叫互斥量

如果你改变一个对象的状态是一个复杂的过程：
* 这期间你最好保证不要出现任何被打断的可能

2 原子类

原子操作被用来写无锁的代码，避免同步

原子操作不是同步化的，而是避免了同步化：
——普通的运算操作，如果要依赖原子性，要谨慎使用，至少编程思想里不推荐的，除非非常懂JVM，能编写JVM，编程思想就是这个意思
——但是可以使用Atom系列类来保证安全

有两部分内容：
——普通的运算操作的原子性，如加减乘除，这个很难搞懂，你知道a+b是不是原子操作？
——Atom系列类，提供了一套原子操作，基本还是有保障的

2.1 原子操作

普通运算的原子性：暂时不做研究了
a++不是原子操作
+-*/也不是原子操作
x = x + 1 =也不是原子操作

想了解更多，再看一遍编程思想

2.2 原子类

原子类是可以信赖的，可以用来做性能调优，避免写同步代码，避免序列化访问资源

public class EvenGenerator extends IntGenerator {
  private int currentEvenValue = 0;
  public int next() {
    ++currentEvenValue; // Danger point here!
    ++currentEvenValue;
    return currentEvenValue;
  }
  public static void main(String[] args) {
    EvenChecker.test(new EvenGenerator());
  }
}

原子操作就是一步能完成的操作：

AtomicInteger currentEvenValue = new AtomicInteger(0);
return currentEvenValue.addAndGet(2);  //这里给value增加了2，并返回其值

• 注意：

  • 说是原子操作被用来构建Concurrent包，不建议你用
  • 用了原子操作，就省了很多加锁操作

• 都有什么

  • AtomicInteger
  • AtomicLong
  • AtomicReference

3 Synchronized临界区

例子：

public class SynchronizedEventGenerator extends IntGenerator {
    private int currentEvenValue = 0;

    public int next() {
        synchronized (this) {
            ++currentEvenValue; 
            ++currentEvenValue;
            return currentEvenValue;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        EvenChecker.test(new SynchronizedEventGenerator());
    }
}

public synchronized int next() {
    ++currentEvenValue; // Danger point here!
    ++currentEvenValue;
    return currentEvenValue;
}

相当于：
public int next() {
    synchronized (this) {
        ++currentEvenValue; 
        ++currentEvenValue;
        return currentEvenValue;
    }
}

• synchronized的锁始终是加在一个对象上

  • 直接修饰一个方法时，就是this
  • 如果多个对象访问同一资源，锁就得加到一个外部的静态对象上
  • 作用于静态方法/属性时，锁住的是存在于永久的Class对象

• synchronized的原理：

  • 每个object对象都有一个内置的锁
  • 所有对象都自动含有单一的锁，JVM负责跟踪对象被加锁的次数
  • 在任务（线程）第一次给对象加锁的时候， 计数变为1
  • 每当这个相同的任务（线程）在此对象上获得锁时，计数会递增
  • 只有首先获得锁的任务（线程）才能继续获取该对象上的多个锁
  • 每当任务离开时，计数递减，当计数为0的时候，锁被完全释放
  • 在HotSpot中JVM实现中，锁有个专门的名字：对象监视器
  • 更深入的讲：
  • 当多个线程同时请求某个对象监视器时，对象监视器会设置几种状态用来区分请求的线程
  • Contention List：所有请求锁的线程将被首先放置到该竞争队列，是个虚拟队列，不是实际的Queue的数据结构
  • Entry List：EntryList与ContentionList逻辑上同属等待队列，ContentionList会被线程并发访问，为了降低对 ContentionList队尾的争用，而建立EntryList
  • Contention List中那些有资格成为候选人的线程被移到Entry List
  • Wait Set：那些调用wait方法被阻塞的线程被放置到Wait Set
  • OnDeck：任何时刻最多只能有一个线程正在竞争锁，该线程称为OnDeck

注意：
wait,notify和synchronized的用法

4 锁

import java.util.concurrent.locks.*;

public class MutexEvenGenerator extends IntGenerator {
    private int currentEvenValue = 0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public int next() {
        lock.lock();
        try {
            ++currentEvenValue;
            Thread.yield(); // Cause failure faster
            ++currentEvenValue;
            return currentEvenValue;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        EvenChecker.test(new MutexEvenGenerator());
    }
} 

比synchronized多了什么特性：
——可以尝试获取锁，不必非得阻塞在这
——提供了比synchronized更细粒度的控制
——在实现链表遍历节点时，有个节点传递的加锁机制（锁耦合），在释放这个节点的锁之前，必须捕获下个节点的锁
——synchronized引起的阻塞无法被interrupt方法中断，但ReentrantLock提供了可以被中断的机制
——ReentrantLock.lockInterruptly()：如果得不到锁（被其他地方占用），就会阻塞，但是这个阻塞可以被interrupt()

例子：

import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.locks.*;

public class AttemptLocking {
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void untimed() {
        boolean captured = lock.tryLock();
        try {
            System.out.println("tryLock(): " + captured);
        } finally {
            if (captured)
                lock.unlock();
        }
    }

    public void timed() {
        boolean captured = false;
        try {
            captured = lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        try {
            System.out.println("tryLock(2, TimeUnit.SECONDS): " + captured);
        } finally {
            if (captured)
                lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final AttemptLocking al = new AttemptLocking();
        al.untimed(); // True -- lock is available
        al.timed(); // True -- lock is available
        // Now create a separate task to grab the lock:
        new Thread() {
            {
                setDaemon(true);
            }

            public void run() {
                al.lock.lock();
                System.out.println("acquired");
            }
        }.start();
        Thread.yield(); // Give the 2nd task a chance

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        al.untimed(); // False -- lock grabbed by task
        al.timed(); // False -- lock grabbed by task
    }
} /*
 * Output: tryLock(): true tryLock(2, TimeUnit.SECONDS): true acquired
 * tryLock(): false tryLock(2, TimeUnit.SECONDS): false
 */// :~

boolean captured = lock.tryLock();//不会阻塞，不管有没有得到锁，都往下执行
captured = lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS); //会阻塞2秒，然后不管有没有得到锁，都往下执行

其他锁

其他高级锁，不好意思，我还没研究过

4 信号（Semaphore）

这个，也不好意思，我也没研究过