Java并发编程序列之线程间通讯-synchronized关键字-volatile关键字
Hello，大家好，今天开始Java并发编程序列的第二篇，该篇主要讲解如何使用synchronized实现同步，以及volatile关键字的作用，最后讲解线程间如何进行通讯。文章结构:
- synchronized关键字
- volatile关键字
- 线程间通讯(wait,notify)
1. synchronized关键字
synchronized关键字的用法我就不多说了。网上烂大街，N年前的技术了。我先说下结论，然后说下底层实现原理:
- 对于普通方法，锁是当前实例对象。
- 对于static方法，锁是当前类的Class对象。
- 对于同步代码块，锁是括号里配置的对象。
- 抛出异常会自动释放锁。
- synchronized锁是可以重入的。
实现原理：
synchronized同步方法使用的ACC_synchronized标志位，其实是一样的效果。
然后来张效果图:
2. volatile关键字
volatile关键字也比较简单，还是老样子，说下结论，讲下原理:
- volatile保证多线程共享变量可见性。
- 禁止指令重排序
- 不保证原子性
1. volatile保证多线程共享变量可见性。
先看下JMM内存模型。
2. 禁止指令重排序
int a = 0;
bool flag = false;
public void write() {
a = 2; //1
flag = true; //2
}
public void multiply() {
if (flag) { //3
int ret = a * a;//4
}
}
这个代码，1和2步骤不一定是先执行1，后执行2.有可能先执行2，再执行1，多线程环境下，会导致ret的值为0(不是预期的4)，达不到预期效果。所以我们要避免重排序。把a变量设置为volatile变量，这样就是顺序执行了，先执行1，再执行2.
3. 不保证原子性
这个更easy了。比如有一个共享volatile变量value=0;两个线程同时读取出去，然后都执行++操作为1，赋值的时候A线程赋值为1了，B线程又去赋值，把之前的1给覆盖为1了。所以两个线程++后的结果不是预期的2，而是1.
说下volatile的底层原理: 其实就是在volatile变量的前面加上了一个lock汇编指令，有如下效果:
- 重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置
- 使得本CPU的Cache写入内存(相当于直接写入主内存)
- 写入动作也会引起别的CPU或者别的内核无效化其Cache(读取的时候去主内存读取)，相当于让新写入的值对别的线程可见。
说下volatile的适用场景:
- 多线程共享变量只读操作。根据只读变量当做标志位。
- 防止重排序
上面提到了volatile不保证原子性，so,怎么办?其一，比较粗暴的加锁.其次就是比较出名的Cas算法了。这里顺带说一下Cas算法。Cas算法的意思就是Compare and set .意思就是，在设置一个变量的值的时候，先拿旧值和它比一下，如果一样，再set.这样就避免了多线程间的脏写。比如一个变量值为1 ，被A线程更改成了2，B线程在更改时判断它之前拿到的1和现在的2不一样，就不进行写操作了。JVM中的Cas操作是利用了一个处理器指令CMPXCHG。 自旋Cas:不断的获取，进行Cas操作。只到成功： JUC中提供了类似于AtomicInteger的原子类，提供了compareAndSet方法，来支持Cas算法。需要注意的是AutomicReference可以变向的支持多变量原子操作. 下面我来写一个能够保证多线程安全的原子++操作的方法:
AutomicInteger safeI =0;
private void safeAddOne(){
for(;;){
int i =safeI.get();
boolean suc = safeI.compareAndSet(i,++i);
if(suc){
break;
}
}
}
这个方法，无论被多个个线程并发调用，最终的结果都是依次+1后的结果，不会存在覆盖。
3. 线程间通讯(wait,notify)
线程间通讯wait,notify也是必须需要掌握的。这一篇只讲wait和notify通讯。其实JUC之后有更好的通讯方式。后期讲JUC时专门讲。还是老样子，先列知识点，再讲原理:
- wait,notify这类方法是定义在Object上的。
- 调用wait或者notify时必须首先通过synchronized关键字获取到对象的锁。
- 调用wait方法时会释放锁。调用notify时不会释放锁，代码走完才会释放锁。
- join方法内部使用wait.join方法可以实现简单的线程等待。
- wait和sleep遇到interrept会抛出异常。
- ThreadLocal保存线程隔离数据。
注意图中两条触发线:
- 调用notify时，线程从等待队列转移到同步队列。此时线程从Waiting/TIMED_WAITING状态到BLOCKED状态。
- 代码走出synchronized时，同步队列的线程开始竞争锁。
然后丢一个典型的 等待/通知的模型:
等待方:
synchronized(对象) {
while(条件不满足) {
对象.wait();
}
对应的处理逻辑
}
通知方:
synchronized(对象) {
改变条件
对象.notifyAll();
}
注意点:
- 一个对象拥有一个等待队列和同步队列
- synchronized锁的对象一致才会互斥。
结语
好了，其实JUC之前的线程的知识并不难，所以我写的也不是很细。不过重点都出来了。Have a good day .后期讲JUC的时候可就没这么Easy了。
