传统线程互斥和同步通信

传统的线程互斥和同步通信是通过synchronized关键字和wait()、notify()方法来实现的。

首先介绍下synchronized关键字。

synchronized 关键字，它包括两种用法：synchronized 方法和 synchronized 块。  
1. synchronized 方法：通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。如：  

public synchronized void accessVal(int newVal);  

synchronized 方法控制对类成员变量的访问：每个类实例对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例，其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态（因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁），从而有效避免了类成员变量的访问冲突（只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized）。  

在 Java 中，不光是类实例，每一个类也对应一把锁，这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ，以控制其对类的静态成员变量的访问。  synchronized 方法的缺陷：若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法 run() 声明为synchronized ，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中，将其声明为 synchronized ，并在主方法中调用来解决这一问题，但是 Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。  

2. synchronized 块：通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下：  

synchronized(syncObject) {  
//允许访问控制的代码  
}  

synchronized 块是这样一个代码块，其中的代码必须获得对象 syncObject （如前所述，可以是类实例或类）的锁方能执行，具体机制同前所述。由于可以针对任意代码块，且可任意指定上锁的对象，故灵活性较高。  

注意：在Java中使用synchronized块可以减少对资源的锁定时间，适当的提高系统性能。syncronized锁定的对象要保证是同一个对象，不然不能实现互斥的效果。对入静态方法的互斥，要锁定类的字节码对象，即类名.class。

举例如下：

public class TraditionalSynchronized {
    public static void main(String[] args) {
        final Outputer outputer = new Outputer();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    outputer.outputer("love");
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    Outputer.outputer3("hite");
                }
            }
        }).start();
        
    }
}
//打印字符串
class Outputer{
    public void outputer(String name){
        int len = name.length();
        synchronized (Outputer.class) {
        for (int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.print(name.charAt(i));
            }
        System.out.println();
        }
        
    }
    public synchronized void outputer2(String name){
        int len = name.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.print(name.charAt(i));
        }
        System.out.println();
    }
    public static synchronized void outputer3(String name){
        int len = name.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.print(name.charAt(i));
        }
        System.out.println();
    }
}

线程的同步通信是通过Object的wait()和notify()方法来实现的。wait():当前线程必须拥有此对象监视器。该线程发布对此监视器的所有权并等待，直到其他线程通过调用 notify 方法，或 notifyAll 方法通知在此对象的监视器上等待的线程醒来。然后该线程将等到重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。notify():唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待，则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的，并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法，在对象的监视器上等待。

现在以：实现子线程循环10次，然后主线程循环100次，然后子线程再次循环10次，然后主线程再次循环100次。如此往复50次。这个例子结合线程互斥和线程通信，来加深印象。

public class TraditionalCommunication {
    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 50; i++) {
                    business.sub(i);
                }
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 50; i++) {
                    business.main(i);
                }
            }
        }).start();
    }
}

/**
 * 在解决多线程问题是，尽量将线程同步放在类的内部解决，而不是在多线程中进行同步，这样可以简化程序
 * @author luchao
 *
 */
class Business{
    private boolean isSubRun = true;
    public synchronized void sub(int n){
        while(!isSubRun){//这里可以使用if，但是一些程序存在“假唤醒”状态，使用while来多加一次判断，避免“假唤醒”状态
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("sub: "+i+" loop of: "+n);
        }
        isSubRun = false;
        this.notify();//唤醒主线程
    }
    public synchronized void main(int n){
        while(isSubRun){
            try {
                this.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("main: "+i+" loop of: "+n);
        }
        isSubRun = true;
        this.notify();//唤醒子线程
    }
}

通过上面例子做出如下总结：在做多线程编程是，尽量将线程同步放在类的内部完成，而不是通过线程来进行同步，这样可以简化编程难度。在synchronized方法内部通过while()增加一次判断，增加程序的严谨性。因为，在没有被通知、中断或超时的情况下，线程还可以唤醒一个所谓的虚假唤醒。