多線程編程中,最關鍵、最關心的問題應該就是同步問題,這是一個難點,也是核心。
從jdk最早的版本的synchronized、volatile,到jdk 1.5中提供的java.util.concurrent.locks包中的Lock接口(實現有ReadLock,WriteLock,ReentrantLock),多線程的實現也是一步步走向成熟化。
 
同步,它是通過什么機制來控制的呢?第一反應就是鎖,這個在學習操作系統與數據庫的時候,應該都已經接觸到了。在Java的多線程程序中,當多個程序競爭同一個資源時,為了防止資源的腐蝕,給第一個訪問資源的線程分配一個對象鎖,而后來者需要等待這個對象鎖的釋放。
 
是的,Java線程的同步,最關心的是共享資源的使用。
 
先來了解一些有哪些線程的共享資源,
從JVM中了解有哪些線程共享的數據是需要進行協調:
1,保存在堆中的實例變量;2,保存在方法區的類變量。
 
而在Java虛擬機加載類的時候,每個對象或類都會與一個監視器相關聯,用來保護對象的實例變量或類變量;當然,如果對象沒有實例變量,或類沒有變量,監視器就什么也不監視了。
 
為了實現上面的說的監視器的互斥性,虛擬機為每一個對象或類都關聯了一個鎖(也叫隱形鎖),這里說明一下,類鎖也是通過對象鎖來實現的,因為在類加載的時候,JVM會為每一個類創建一個java.lang.Class的一個實例;所以當鎖對對象的時候,也就鎖住這個類的類對象。
 
另外,一個線程是可以對一個對象進行多次上鎖,也就對應著多次釋放;它是通過JVM為每個對象鎖提供的lock計算器,上一次鎖,就加1,對應的減1,當計算器的值為0時,就釋放。這個對象鎖是JVM內部的監視器使用的,也是由JVM自動生成的,所有程序猿就不用自己動手來加了。
 
介紹完java的同步原理后,我們進入正題,先來說說synchronized的使用,而其它的同步,將在后面的章節中介紹。
 
先來運行一個例子試試。
package thread_test;  /**  * 測試擴展Thread類實現的多線程程序  *  */ public class TestThread extends Thread{    private int threadnum;    public TestThread(int threadnum) {      this.threadnum = threadnum;    }      @Override   public synchronized void run() {      for(int i = 0;i<1000;i++){            System.out.println("NO." + threadnum + ":" + i );     }     }         public static void main(String[] args) throws Exception {        for(int i=0; i<10; i++){           new TestThread(i).start();           Thread.sleep(1);       }     }  }  
運行結果:
NO.0:887 NO.0:888 NO.0:889 NO.0:890 NO.0:891 NO.0:892 NO.0:893 NO.0:894 NO.7:122 NO.7:123 NO.7:124
上面只是一個片段,說明一個問題而已。
細心的童鞋會發現,NO.0:894后面是NO.7:122,也就是說沒有按照從0開始到999。
都說synchronized可以實現同步方法或同步塊,這里怎么就不行呢?
 
先從同步的機制來分析一下,同步是通過鎖來實現的,那么上面的例子中,鎖定了什么對象,或鎖定了什么類呢?里面有兩個變量,一個是i,一個是threadnum;i是方法內部的,threadnum是私有的。
再來了解一下synchronized的運行機制:
      在java程序中,當使用synchronized塊或synchronized方法時,標志這個區域進行監視;而JVM在處理程序時,當有程序進入監視區域時,就會自動鎖上對象或類。
 
那么上面的例子中,synchronized關鍵字用上后,鎖定的是什么呢?
當synchronized方法時,鎖定調用方法的實例對象本身做為對象鎖。本例中,10個線程都有自己創建的TestThread的類對象,所以獲取的對象鎖,也是自己的對象鎖,與其它線程沒有任何關系。
 
要實現方法鎖定,必須鎖定有共享的對象。
 
對上面的實例修改一下,再看看:
package thread_test;  /**  * 測試擴展Thread類實現的多線程程序  *  */ public class TestThread extends Thread{    private int threadnum;   private String flag;  //標記      public TestThread(int threadnum,String flag) {         this.threadnum = threadnum;          this.flag = flag;     }      @Override     public void run() {      synchronized(flag){       for(int i = 0;i<1000;i++){                System.out.println("NO." + threadnum + ":" + i );           }      }     }       public static void main(String[] args) throws Exception {        String flag = new String("flag");       for(int i=0; i<10; i++){           new TestThread(i,flag).start();           Thread.sleep(1);       }     }  }  
也就加了一個共享的標志flag。然后在通過synchronized塊,對flag標志進行同步;這就滿足了鎖定共享對象的條件。
是的,運行結果,已經按順序來了。
通過synchronized塊,指定獲取對象鎖來達到同步的目的。那有沒有其它的方法,可以通過synchronized方法來實現呢?
 
根據同步的原理:如果能獲取一個共享對象鎖或類鎖,及可實現同步。那么我們是不是可以通過共享一個類鎖來實現呢?
 
是的,我們可以使用靜態同步方法,根據靜態方法的特性,它只允許類對象本身才可以調用,不能通過實例化一個類對象來調用。那么如果獲得了這個靜態方法的鎖,也就是獲得這個類鎖,而這個類鎖都是TestThread類鎖,及達到了獲取共享類鎖的目的。
 
實現代碼如下:
package thread_test;  /**  * 測試擴展Thread類實現的多線程程序  *  * @author ciding  * @createTime Dec 7, 2011 9:37:25 AM  *  */ public class TestThread extends Thread{    private int threadnum;      public TestThread(int threadnum) {      this.threadnum = threadnum;    }      public static synchronized void staticTest(int threadnum) {      for(int i = 0;i<1000;i++){        System.out.println("NO." + threadnum + ":" + i );     }    }     public static void main(String[] args) throws Exception {      for(int i=0; i<10; i++){       new TestThread(i).start();       Thread.sleep(1);     }   }       @Override   public void run(){     staticTest(threadnum);   } }  運行結果略,與第二個例子中一樣。
 
 
以上的內容主要是說明兩個問題:同步塊與同步方法。
1,同步塊:獲取的對象鎖是synchronized(flag)中的flag對象鎖。
2,同步方法:獲取的是方法所屬的類對象,及類對象鎖。
靜態同步方法,由于多個線程都會共享,所以一定會同步。
而非靜態同步方法,只有在單例模式下才會同步。
新聞熱點
疑難解答