java線程簡介(共享對數據的訪問)

2019-11-18 10:46:59

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　　1、共享變量
　　
　　
　　要使多個線程在一個程序中有用，它們必須有某種方法可以互相通信或共享它們的結果。
　　
　　讓線程共享其結果的最簡單方法是使用共享變量。它們還應該使用同步來確保值從一個線程正確傳播到另一個線程，以及防止當一個線程正在更新一些相關數據項時，另一個線程看到不一致的中間結果。
　　
　　線程基礎中計算素數的示例使用了一個共享布爾變量，用于表示指定的時間段已經過去了。這說明了在線程間共享數據最簡單的形式是：輪詢共享變量以查看另一個線程是否已經完成執行某項任務。
　　
　　2、存在于同一個內存空間中的所有線程
　　
　　
　　
　　正如前面討論過的，線程與進程有許多共同點，不同的是線程與同一進程中的其它線程共享相同的進程上下文，包括內存。這非常便利，但也有重大責任。只要訪問共享變量（靜態或實例字段），線程就可以方便地互相交換數據，但線程還必須確保它們以受控的方式訪問共享變量，以免它們互相干擾對方的更改。
　　
　　任何線程可以訪問所有其作用域內的變量，就象主線程可以訪問該變量一樣。素數示例使用了一個公用實例字段，叫做 finished，用于表示已經過了指定的時間。當計時器過期時，一個線程會寫這個字段；另一個線程會定期讀取這個字段，以檢查它是否應該停止。注：這個字段被聲明成 volatile，這對于這個程序的正確運行非常重要。在本章的后面，我們將看到原因。
　　
　　
　　3、受控訪問的同步
　　
　　
　　為了確保可以在線程之間以受控方式共享數據，java 語言提供了兩個要害字：synchronized 和 volatile。
　　
　　Synchronized 有兩個重要含義：它確保了一次只有一個線程可以執行代碼的受保護部分（互斥，mutual exclusion 或者說 mutex），而且它確保了一個線程更改的數據對于其它線程是可見的（更改的可見性）。
　　
　　假如沒有同步，數據很輕易就處于不一致狀態。例如，假如一個線程正在更新兩個相關值（比如，粒子的位置和速率），而另一個線程正在讀取這兩個值，有可能在第一個線程只寫了一個值，還沒有寫另一個值的時候，調度第二個線程運行，這樣它就會看到一個舊值和一個新值。同步讓我們可以定義必須原子地運行的代碼塊，這樣對于其他線程而言，它們要么都執行，要么都不執行。
　　
　　同步的原子執行或互斥方面類似于其它操作環境中的臨界段的概念。
　　
　　
　　4、確保共享數據更改的可見性
　　
　　
　　同步可以讓我們確保線程看到一致的內存視圖。
　　
　　處理器可以使用高速緩存加速對內存的訪問（或者編譯器可以將值存儲到寄存器中以便進行更快的訪問）。在一些多處理器體系結構上，假如在一個處理器的高速緩存中修改了內存位置，沒有必要讓其它處理器看到這一修改，直到刷新了寫入器的高速緩存并且使讀取器的高速緩存無效。
　　
　　這表示在這樣的系統上，對于同一變量，在兩個不同處理器上執行的兩個線程可能會看到兩個不同的值！這聽起來很嚇人，但它卻很常見。它只是表示在訪問其它線程使用或修改的數據時，必須遵循某些規則。
　　
　　Volatile 比同步更簡單，只適合于控制對基本變量（整數、布爾變量等）的單個實例的訪問。當一個變量被聲明成 volatile，任何對該變量的寫操作都會繞過高速緩存，直接寫入主內存，而任何對該變量的讀取也都繞過高速緩存，直接取自主內存。這表示所有線程在任何時候看到的 volatile 變量值都相同。
　　
　　假如沒有正確的同步，線程可能會看到舊的變量值，或者引起其它形式的數據損壞。
　　
　　
　　5、用鎖保護的原子代碼塊
　　
　　
　　Volatile 對于確保每個線程看到最新的變量值非常有用，但有時我們需要保護比較大的代碼片段，如涉及更新多個變量的片段。
　　
　　同步使用監控器（monitor）或鎖的概念，以協調對特定代碼塊的訪問。
　　
　　每個 Java 對象都有一個相關的鎖。同一時間只能有一個線程持有 Java 鎖。當線程進入 synchronized 代碼塊時，線程會阻塞并等待，直到鎖可用，當它可用時，就會獲得這個鎖，然后執行代碼塊。當控制退出受保護的代碼塊時，即到達了代碼塊末尾或者拋出了沒有在 synchronized 塊中捕捉的異常時，它就會釋放該鎖。
　　
　　這樣，每次只有一個線程可以執行受給定監控器保護的代碼塊。從其它線程的角度看，該代碼塊可以看作是原子的，它要么全部執行，要么根本不執行。
　　
　　6、簡單的同步示例
　　
　　
　　使用 synchronized 塊可以讓您將一組相關更新作為一個集合來執行，而不必擔心其它線程中斷或看到計算的中間結果。以下示例代碼將打印“1 0”或“0 1”。假如沒有同步，它還會打印“1 1”（或“0 0”，隨便您信不信）。
　　
　　
　　public class SyncExample {
　　 PRivate static lockObject = new Object();
　　 private static class Thread1 extends Thread {
　　 public void run() {
　　 synchronized (lockObject) {
　　 x = y = 0;
　　 System.out.println(x);
　　 }
　　 }
　　 }
　　
　　 private static class Thread2 extends Thread {
　　 public void run() {
　　 synchronized (lockObject) {
　　 x = y = 1;
　　 System.out.println(y);
　　 }
　　 }
　　 }
　　
　　 public static void main(String[] args) {
　　 new Thread1().run();
　　 new Thread2().run();
　　 }
　　}
　　
　　
　　在這兩個線程中都必須使用同步，以便使這個程序正確工作。

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