JavaEE初阶Day 6：多线程（4）

时间：2024-04-10 13:53:33

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  • Day 6：多线程（4）
    • 1. 线程不安全的原因
    • 2. 锁
    • 3. synchronized

Day 6：多线程（4）

前序：针对Day 5结尾的count++

多线程的执行，是随机调度抢占式的执行模式，某个线程执行指令过程中，当它执行到任何一个指令的时候，都有可能被其他线程把它的CPU抢占走

实际并发执行，由于上述原因以及count++本质是CPU的三个指令，两个线程执行指令的相对顺序就可能会存在多种可能，不同的执行顺序，得到的结果就可能会存在差异

1. 线程不安全的原因

（1）线程在系统中是随即调度的，抢占式执行的，这是线程不安全的罪魁祸首，万恶之源

（2）当前代码中，多个线程同时修改同一个变量

（3）线程针对变量的修改操作，不是“原子”的，count++这种操作不是原子的，是包含了三个指令

（4）内存可见性问题（后续介绍）

（5）指令重排序（后续介绍）

针对上述原因进行问题解决

  • 原因（1）无法干预，属于内核设计，无法改变

  • 原因（2）是一个切入点，但是在Java中，并不普适，针对特定场景可以使用，例如String是不可变对象

    • 一个线程修改同一个变量（ok）
    • 多个线程读取同一个变量（ok）
    • 多个线程修改不同的变量（ok）

    String为不可变对象：很好的保证线程安全；有稳定的哈希值；方便在常量池中缓存

  • 原因（3）是解决线程安全问题最普适的方案，可以通过一些操作，把“非原子”操作，打包成一个“原子”操作，例如：加锁

    如果某个代码操作，对应到一个CPU指令，就是原子的，对应到多个就不是原子的，每个代码最终变成哪些指令，需要对芯片手册（CPU指令集）要有比较深入的理解

2. 锁

锁：本质上是操作系统提供的功能，内核提供的功能，同过api给应用程序了，Java（JVM）对于这样的系统api又进行了封装（其他的语言，同样也可以封装/调用这样的系统api来完成加锁操作）

锁的操作主要是两个方面

  • 加锁：t1加锁之后，t2也尝试加锁，就会阻塞等待（系统内核控制的），在Java中就能看到BLOCKED状态
  • 解锁：直到t1解锁之后，t2才有可能拿到锁（加锁成功），体现了锁的互斥

锁的主要特性：互斥，一个线程获取到锁之后，另一个线程也尝试加这个锁，就会阻塞等待，也叫做锁竞争/锁冲突

代码中可以创建多个锁，只有多个线程竞争同一把锁，才会产生互斥，针对不同的锁，则不会

3. synchronized

synchronized (locker){
	.......
}
  • synchronized是Java中的关键字，指的是同步的，此处谈到的同步，指的是互斥/独占，反义词可以理解为共享
  • synchronized (locker)，()里面就是写的“锁对象”
    • 锁对象的用途，有且只有一个，就是用来区分两个线程是否是针对同一个对象加锁，如果是，就会出现锁竞争/锁冲突/锁互斥，就会引起阻塞等待
    • 和对象具体是什么类型，有什么属性或者方法，没有任何关系
  • {}中进入到代码块，就是给上述（）锁对象进行了加锁操作，当出了代码块，就是给上述（）锁对象进行了解锁操作 
package thread;

public class Demo20 {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object locker = new Object();

        Thread t1 = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                synchronized (locker){
                    count++;
                }
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                synchronized (locker){
                    count++;
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("count = " + count);
    }
}

这两个线程中，每次进行count++是存在锁竞争的，会变成串行执行，但是执行for循环中的条件以及i++，仍然是并发执行的

package thread;


class Counter {
    private int count = 0;
    
    //synchronized修饰普通方法，就相当于针对this加锁了
    public void add() {
        synchronized (this){
            count++;
        }

    }
    //上述方法也可以写成如下形式
    synchronized public void add() {
        count++;

    }


    public int get(){
        return count;
    }
	
    
    //synchronized修饰static方法，相当于针对该类的类对象加锁
    public static void func() {
        synchronized(Counter.class){
            //.....
        }
    }
    
    //上述方法也可以写成如下形式
    synchronized public static void func(){
        //......
    }

}
public class Demo20 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.add();

                //counter.func();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 50000; i++) {
                counter.add();
                //counter.func();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("count = " + counter.get());
    }
}

synchronized(Counter.class)中的Counter.class是反射，即程序运行时，能够拿到类一些属性信息，包括不限于

  • 类的名字，继承自哪个类，实现了哪些interface
  • 类提供了哪些方法，每个方法叫什么，每个方法有什么参数，参数是什么类型
  • 类提供了哪些属性，每个属性叫什么，每个属性是什么类型（public/private…)

上述信息，最初都是程序员自己写的.java源代码中提供的

  • java编译之后，.java形成了.class字节码，上述信息转化为二进制
  • java运行.class字节码，就会读取这里的内容， 加载到内存中，给后续使用这个类，提供基础
  • 所以JVM中在内存里保存上述信息的对象，就是类对象，后续想创建这个类的实例，就需要依照上述信息
  • 在Java中可以通过类名.class来拿到这个类对象，一个java进程中，某个类，只能有唯一一个类对象

所以，一旦多个线程调用func，则这些线程都会触发锁竞争

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