Java 并发编程笔记 第四章:共享模型_管程

网课链接: 黑马程序员java并发.

第四章 共享模型_管程

章节总结

本章我们需要重点掌握的是

• 分析多线程访问共享资源时，哪些代码片段属于临界区
• 使用 synchronized 互斥解决临界区的线程安全问题
  • 掌握 synchronized 锁对象语法
  • 掌握 synchronzied 加载成员方法和静态方法语法
  • 掌握 wait/notify 同步方法
• 使用 lock 互斥解决临界区的线程安全问题 掌握 lock 的使用细节：可打断、锁超时、公平锁、条件变量
• 学会分析变量的线程安全性、掌握常见线程安全类的使用
• 了解线程活跃性问题：死锁、活锁、饥饿

应用方面

• 互斥：使用 Synchronized 或 Lock 达到共享资源互斥效果，实现原子性效果，保证线程安全。
• 同步：使用 wait/notify 或 Lock 的条件变量来达到线程间通信效果。

原理方面

• monitor、synchronized 、wait/notify 原理
• synchronized 进阶原理
• park & unpark 原理

模式方面

• 同步模式之保护性暂停
• 异步模式之生产者消费者
• 同步模式之顺序控制

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4.1 共享带来的问题

线程出现问题的根本原因是因为线程上下文切换，上下文切换会导致线程里的指令没有执行完就切换执行其它线程了。

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗?

public static int counter = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
  Thread t1 = new Thread(() -> {
   
	    for (int i = 0; i < 5000; i++) {
    
	      counter++;
	    }
	}, "t1");
  
  Thread t2 = new Thread(() -> {
   
    for (int i = 0; i < 5000; i++) {
   
    	counter--; 
    }
  }, "t2");
  t1.start();
  t2.start();
  t1.join();
  t2.join(); log.debug("{}",counter);
}

问题

以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢?

因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析.

两个线程是交错进行对一个共享的资源进行更改, 并且没有上下文切换.

1. 临界区 Critical Section

• 一个程序运行多个线程本身是没有问题的, 问题出在多个线程访问共享资源
• 多个线程读共享资源其实也没有问题
  • 在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题
• 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区

2. 竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

4.2 synchronized解决方案

应用之互斥

1. 解决手段

• 阻塞式的解决方案:synchronized，Lock
• 非阻塞式的解决方案: 原子变量

synchronized 是阻塞式的解决方案，即俗称的【对象锁】:

它采用互斥的方式让同一 时刻至多只有一个线程能持有对象锁，其它线程再想获取这个对象锁时就会阻塞住。

这样就能保证拥有锁 的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换

注意
虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的:

• 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码

• 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点

加了Synchronize的标记后, 函数内临界区的代码就会变成串行的, 当一个线程执行完毕后下一个线程才会执行.

总结思考

synchronized实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性, 临界区内的代码对外是不可分割的, 不会被线程切换所打断

语法

synchronized(对象{
   
  //临界区
}

4.3 方法上的synchronized

• 加在成员方法上，锁住的是对象

public Test{
   
  // 在静态方法上加上 synchronized 关键字
  public synchronized void test(){
   
    // code
  }
}
/* equivalent to*/
class Test {
   
  public void test() {
   
    synchronized(this){
   
      // code
    }
  }
}

• 加在静态方法上，锁住的是类

public class Test {
   
	// 在静态方法上加上 synchronized 关键字