多线程02_线程同步

线程同步概念

同步是用来解决多线程的安全问题的，在多线程中，同步能控制对共享数据的访问。如果没有同步，当一个线程在修改一个共享数据时，而另外一个线程正在使用或者更新同一个共享数据，这样容易导致程序出现错误的结果。

线程同步方式

同步的三种表现形式：

• 同步代码块
  可以指定需要获取哪个对象的同步锁,使用synchronized的代码块同样需要锁,但他的锁可以是任意对象。考虑到安全问题，一般还是使用同一个对象，相对来说效率较高。
  注意：虽然同步代码快的锁可以使任何对象，但是在进行多线程通信使用同步代码快时，必须保证同步代码快的锁的对象和，否则会报错。同步函数的锁是this，也要保证同步函数的锁的对象和调用wait、notify和notifyAll的对象是同一个对象，也就是都是this锁代表的对象。
• 同步函数
  同步方法是指进入该方法时需要获取this对象的同步锁，在方法上使用synchronized关键字，使用this对象作为锁，也就是使用了当前对象，因为锁住了方法，所以相对于代码块来说效率相对较低。
  注:意静态同步函数的锁是该方法所在的类的字节码文件对象，即类名.class文件。
• 锁
  在jdk1.5后，用lock锁取代了synchronized，个人理解也就是对同步代码块做了修改，并没有提供对同步方法的修改，主要还是效率问题吧。
• 使用concurrent包中的原子类来保证线程安全
  JDK提供的底层使用轻量级锁实现（CAS操作，使用unsafe类型的原子性方法实现线程安全）的原子类，例如AtomicInteger。

各种锁的转换

• 概念
  • 偏向锁：只有Thread#1会进入临界区
  • 轻量级锁：Thread#1和Thread#2交替进入临界区
  • 重量级锁：Thread#1和Thread#2同时进入临界区
  • 悲观锁：就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁，都是在做操作之前先上锁。比如synchronized关键字
  • 乐观锁：就是很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据，可以使用版本号等机制。比如volatile关键字和CAS(compare and swap 原 子操作：CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A 和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。它是非阻塞的）
  • 重入锁：锁是可以重入的。
• 锁的转换
  • 偏向锁，轻量级锁都是乐观锁，重量级锁是悲观锁。
    一个对象刚开始实例化的时候，没有任何线程来访问它的时候。它是可 偏向的，意味着，它现在认为只可能有一个线程来访问它，所以当第一个线程来访问它的时候，它会偏向这个线程，此时，对象持有偏向锁。偏向第 一个线程，这个线程在修改对象头成为偏向锁的时候使用CAS操作，并将对象头中的ThreadID改成自己的ID，之后再次访问这个对象时，只需要对 比ID，不需要再使用CAS在进行操作。
    一旦有第二个线程访问这个对象，因为偏向锁不会主动释放，所以第二个线程可以看到对象时偏向状态，这时表明在这个对象上已经存在竞争了，检查原来持有该对象锁的线程是否依然存活，如果挂了，则可以将对象 变为无锁状态，然后重新偏向新的线程，如果原来的线程依然存活，则马上执行那个线程的操作栈，检查该对象的使用情况，如果仍然需要持有偏向锁，则偏向锁升级为轻量级锁，（偏向锁就是这个时候升级为轻量级锁的）。如果不存在使用了，则可以将对象回复成无锁状态，然后重新偏向。
    轻量级锁认为竞争存在，但是竞争的程度很轻，一般两个线程对于同一个锁的操作都会错开，或者说稍微等待一下（自旋），另一个线程就会释放锁。但是当自旋超过一定的次数，或者一个线程在持有锁，一个在自旋，又有第三个来访时，轻量级锁膨胀为重量级锁，重量级锁使除了拥有锁的线程以外的线程都阻塞，防止CPU空转。
• 锁的升级图示

几个方法对比

• sleep()和wait()的区别
  • 这两个方法来自不同的类，sleep()来自Thread类，而wait()来自Object类。
  • sleep是Thread的静态类方法，谁调用的谁去睡觉，即使在a线程里调用了b的sleep方法，实际上还是a去睡觉，要让b线程睡觉要在b的代码中调用sleep。而wait()是Object类的非静态方法。
  • sleep()释放资源不释放锁，而wait()释放资源释放锁。
  • 使用范围：wait,notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用,而sleep可以在任何地方使用。
• wait()、sleep()、notify()、notifyAll()
  • wait()使一个线程处于等待状态，并且释放所持有的对象的lock。
  • sleep()使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。
  • notify()唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程(一般是最先开始等待的线程)，而且不是按优先级。
  • Allnotity()唤醒所有处入等待状态的线程，注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁，而是让它们竞争。
• 为什么wait()、notify()、notifyAll()这些用来操作线程的方法定义在Object类中？
  • 这些方法只存在于同步中。
  • 使用这些方法时必须要指定所属的锁，即被哪个锁调用这些方法。
  • 而锁可以是任意对象，所以任意对象调用的方法就定义在Object中。

线程通讯

多线程间通讯就是多个线程在操作同一资源,但是操作的动作不同。

• 为什么要通信
  多线程并发执行的时候，如果需要指定线程等待或者唤醒指定线程，那么就需要通信。比如生产者消费者的问题，生产一个消费一个，生产的时候需要负责消费的进程等待，生产一个后完成后需要唤醒负责消费的线程，同时让自己处于等待，消费的时候负责消费的线程被唤醒，消费完生产的产品后又将等待的生产线程唤醒，然后使自己线程处于等待。这样来回通信，以达到生产一个消费一个的目的。
• 怎么通信
  在同步代码块中，使用锁对象的wait()方法可以让当前线程等待，直到有其他线程唤醒为止。使用锁对象的notify()方法可以唤醒一个等待的线程，或者notifyAll唤醒所有等待的线程。多线程间通信用sleep很难实现，睡眠时间很难把握。
• 生产者-消费者问题实现代码

简单代码测试

测试二