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[Java教程]并发编程初探


  在Java并发编程中,对于线程安全是非常重要的,也是必须要考虑的一个问题.可以这么说,只要涉及到网络的,都必须考虑线程安全问题.好了,开始噼里啪啦地开始敲代码之前,我觉得有必要了解一些文绉绉的理论知识,因为这些理论知识是我们敲出来的代码是否是线程安全的一个依据.  

  当多个线程访问某个状态变量并且其中有一个线程执行写入操作的时候,必须考虑采用同步机制来协同这些线程对变量的访问,Java中的主要同步机制是关键字synchronized,它提供了一种独占的加锁方式,但"同步"这个术语还包括类型的变量,显式锁(Explicit)以及原子变量.

  如果当多个线程访问同一个可变状态变量时,没有使用合适的同步,那么就会出现错误.有三种方式可以修复这个问题:

  1)不在线程间共享该状态变量

  2)将状态变量修改为不可变的变量

  3)在访问状态变量时使用同步

  当设计线程安全的类时,良好的面向对象技术,不可修改性,以及明晰的不变性规范都能起到一定的帮助作用.

  当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调用方式,或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任务额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的.

  这里的正确性是指某个类的行为与其规范安全一致,也就是说这个类是实现什么功能的就正确的实现了什么功能.

  在线程安全的类中,封装了必要的同步机制,所以客户端无需进一步采取同步措施.

  前面提到了无状态对象,无状态对象既不包含任何域,也不包含任何其他类中域的引用,无状态对象一定是线程安全的.大多数Servlet都是无状态的,从而极大的降低了在实现Servlet线程安全性的复杂性,只有当Servlet在处理请求时需要保存一些信息,线程才会成为一个安全的线程.

  原子性

  当某个计算正确性取决于多个线程的交替执行时序时,那么就会发生竞态条件.所谓的竞态条件就是多个线程执行的顺序不同,那么执行的结果就会有差异,必须是一个正确的执行嗯顺序才会得出正确的结果.

  有时候为了保证原子性,会采用一种措施,就是延迟初始化,将对象初始化操作推迟到实际使用时才进行,同时要确保只被初始化一次.

  java.util.concurren.atomic包中包含了一些原子变量类,用于实现在数值和对象引用撒谎嗯的原子状态转换.

  在实际情况中,应尽可能地使用现有的线程安全对象(例如AcomicLong )来管理类的状态,与非线程安全的对象相比.判断线程安全对象德 可能状态,及其状态转换情况要更为容易,从而也更容易维护和验证线程安全性.

 

  加锁机制

  要保持状态的一致性,就需要在单个原子操作中更新所相关的状态变量.那么如果是多个原子操作组成一个原子操作呢?那就用到加锁机制了.

  1.内置锁

  同步代码块:包括两个部分,一个作为锁的对象引用,一个最为由这个锁保护的对象的代码块.  

synchronized (lock){   //访问或修改由锁保护的共享状态}  

   每个Java对象都可以用做一个实现同步锁。这些锁称为内置锁(Intrinsic Lock)或监视器锁(Monitor Lock)

  线程在进入同步代码块之前会自动获得锁,并且在退出同步代码块时自动释放锁,而无论是听过控制路径退出,还是通过同步代码块中执行抛出异常退出。获得内置锁的唯一途径就是进入这个由锁保护的同步代码块或方法。

  Java内置锁相当于一种互斥体(或互斥锁),这就意味着最多只有一个线程能持有这种锁。

  由于每次只能有一个线程执行内置锁的代码块,因此, 由这个锁保护的同步代码块会议原子方式执行,多个线在执行该代码块时也不会相互 干扰,并发环境中的原子性与事务应用程序有着相同的含义,一组语句作为一个不可分割的单元被执行。任何一个执行同步代码块的线程,都不可能看到有其他线程正在执行由同一个锁保护的同步代码块。

  2.重入

  “重入”获取锁的操作的粒度是“线程”,而不是“调用”。

  重入是一种实现方法是为每一个锁关联一个获取计数值和一个所有者线程,当计数值为0时,这个锁就被认为是没有任何线程持有。当线程请求一个未被持有的锁时,JVM将记下锁的持有者,并且获取计数值置为1.如果同一个线程再次获取这个锁,计数值将递增,而当线程退出同步代码块时,计数器会相应地递减,计数值为0时,这个锁将被释放。

  重入进一步提升了加锁行为的封装性,因此,简化了面向并发代码的开发

 

  用锁来保护状态

  对于可能被多个线程同时访问的可变状态变量,在访问它时都需要持有同一个锁,在这种情况下,我们称状态变量由这个锁保护。

  对象的内置锁与其状态之间没有内在的关联,之所以每个对象都有一个内置锁,只是为了免去显式创建对象。

  一种常见的加锁约定是,将所有的可变状态都封装在对象内部,并通过对象的内置锁对所有访问可变状态的代码路径进同步,使得在该对象上不会发生并发访问。

  别费所有数据都需要锁的保护,只有被多个线程同步访问的可变数据才需要通过所来保护。

  对于每个包含多个变量的不变性条件,其中涉及的所有变量都需要由同一个锁保护。

 

  活跃性与性能

  要确保同步代码块不要过小,并且不要将本应该是原子的操作拆分到多个同步代码块中,应该尽量将不影响共享状态且执行时间较长的操作从同步代码块中分离出去,从而在这些操作的执行过程中其他线程可以访问共享状态。

  当执行时间较长的计算或者可能无法快速完成的操作(如网络I/O或控制台I/O),一定不要只有锁。