Java并发编程2-同步

J：hi，T。
T：hi，J。
J：今天聊点什么呢？
T：今天我们谈Java并发编程的同步，你知道什么是同步吗？
J（上网）：维基百科上说，同步（Synchronization），指在一个系统中所发生的事件（event），之间进行协调，在时间上出现一致性与统一化的现象。
T：是的，同步是Java线程间通讯的一种方法，也是最基本的一种方法。今天我要讲的就是Java中同步的实现原理，Java中的同步方法，最后讨论同步可能会导致的风险。
J：听起来挺不错的。
T：那我们就从Java同步的实现原理开始吧。

Java同步的实现原理

Java中的每个Object都对应到一个监视器，Java中的同步就是使用监视器来实现的，在一个时间只能有一个线程能够获取监视器的锁，而任何其它想要获取同一个监视器锁的线程都必须等待，直到获取锁的线程释放了锁。一个线程可以为一个监视器加多个锁，每个锁都对应一个解锁的操作。

J：也就是说线程的互斥是通过对同一个监视器加锁实现的？
T：是的，非常正确。介绍完原理，我们来看看Java中的同步方法。

Java中的同步方法

synchronized

synchronized是最常用的同步方法，可以为代码块或者一个方法添加synchronized，看下面的例子：

public class test {
	private int value = 0;

	//为方法添加同步
	public synchronized void increase() {
		value++;
	}

	public void print() {
		//为代码块添加同步
		synchronized (this) {
			//process
		}
	}
}

J：看起来蛮简单的。
T：是的，为代码块和方法添加同步在执行的步骤上有些不同：
（1）当synchronized代码块执行时，首先找到同步对象并获取同步对象的监视器的锁，当锁获取成功后，将会继续执行synchronized块，直到执行完成（正常完成或者异常终止），同步对象上的锁将会被自动释放。而如果获取锁不成功，线程则会等待其它线程释放锁。
（2）当synchronized方法执行时，会自动的执行一个加锁操作，加锁成功后，方法才会被调用。锁对应的对象包含两种情况：
 ------如果方法是一个实例方法，则锁对应的监视器为被调用的实例的监视器；
 ------如果方法是static的，则锁对应的监视器为方法定义的class的Class对象的监视器。
当方法执行完成后（正常完成或者异常终止），解锁操作将在同一个监视器上自动执行。
下面来看一个小小的测试题：

public class test {
	private int value = 0;
	private int flag = 0;
	public test(int flag){
		this.flag = flag;
	}
	public void increase() {
		synchronized (test.class) {
			value++;
		}
	}
	public void print() {
		synchronized (test.class) {
			try {
				Thread.sleep(10000); //Thread.sleep()在睡眠期间任然会持有锁
				System.out.println(System.currentTimeMillis() + "(" + flag + ")" + " : " + value);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				test t = new test(1);
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					t.increase();
					t.print();
				}
			}
		});
		Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				test t = new test(2);
				for (int i = 0; i < 10; i++) {
					t.increase();
					t.print();
				}
			}
		});
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

你知道这段代码会得到怎样的打印输出吗？
J：恩，我觉得线程t1和t2都会打印从1到10的value的值，两个线程中对test类的increase方法和print方法的调用都是互斥的吧，应该每行打印都间隔10s。
T：非常正确，但为什么呢？
J：因为test中同步的对象是test.class，是吧？
T：对，由于print方法中synchronized的对象是test.class，因此调用print方法的线程将获取test.class的监视器的锁，虽然t1和t2线程使用的是test类的不同的实例，但由于锁是同一个，所有两个线程中对print方法的调用是互斥的。
J：看来我还是蛮聪明的嘛！
T（笑）：当然，我们继续。

volatile

volatile变量具有可见性特性，但是不具备原子性特性，看下面的例子：

public class test {
	private volatile int value = 0;
	
	public void set(int value){
		this.value = value;
	}
	
	public int get(){
		return this.value;
	}
}

value值是一个volatile变量，一个线程改变value的值后，其它线程都可以看到它的变化，也就是value具有可见性，由于int变量的赋值操作是一个原子操作，因此value变量的修改就同时具备了原子性和可见性，是线程安全的。
J：哦，但不具备原子性又是什么意思呢？
T：看这段代码：

public class test {
	private volatile int i = 0;
	
	public void increase(){
		i++;
	}
}

i++不是一个原子操作，它分为3个步骤：获取值、加1和存入值。将i定义为一个volatile变量也不能使i++成为一个原子操作，因此这段代码任然不是线程安全的。
J：我明白了。
T：在使用volatile时需要特别小心，只有在满足下面的标准后，你才能使用volatile变量：
------写入变量时并不依赖变量的当前值；或者能够确保只有单一的线程修改变量的值；
------变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束；
------而且，访问变量时，没有其他的原因需要加锁。
J：既然volatile的使用这么麻烦，为什么我们还要使用它呢，直接使用synchronized不就行了吗？
T：你说的有一些道理，synchronized在一般情况下都能够取代volatile，使用volatile主要在于它相比synchronized的性能上的提升，在某些性能要求较高又符合volatile标准的场合，都会考虑使用volatile。
J：我明白了，看来存在总是会有道理的。
T：是的，我们继续。

ReentrantLock

ReentrantLock是显式锁，为什么叫显式锁呢？因为它的加锁和解锁操作都需要显式的调用，看下面的例子：

public class test {
	private Lock lock = new ReentrantLock();

	private int i = 0;

	public void increase() {
		lock.lock();
		try {
			i++;
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}
}

需要注意锁的释放必须在finally块中完成，否则异常可能导致锁无法得到释放。
J：这么麻烦，万一忘记解锁或者忘记把解锁放在finally块中就麻烦了。
T：是的，但ReentrantLock也有它的好处，JDK5.0引入ReentrantLock主要是因为性能上较大的提升，但从Java 6.0开始，由于使用了经过改善的管理内部锁的算法，ReentrantLock的性能提升已经不再那么明显，因此，除非有必要，建议优先使用synchronized。
J：那我还是尽量避免去使用它吧。
T：是的。除了上面的方法，Java还提供了一些并发容器。

Java并发容器

这些并发容器在java.util.concurrent下面，它们的效率都是经过优化的，应该优先考虑使用，有时间的话，我会选一些并发容器来学习。

J：那么，同步的方法介绍完了，我们应该看同步的风险了吧。

同步的风险

T：是的，同步存在许多风险，有逸出、死锁、还可能导致性能问题，我们先从逸出讲起吧：

逸出

看下面的例子：

public class test {
	private Map> map = new HashMap>();
	
	public synchronized void put(String key,Object obj){
		List