多線程的同步

標籤：它的   控制   就是   寫鎖   法則   十分   成功   ati   共用資料   

　　在Java中，有四種方式來實現同步互斥訪問：synchronized 、 Lock 、wait() / notify() / notifyAll() 方法和 CAS（硬體CPU同步原語）。

一、synchronized 

1. 同步代碼塊

1 synchronized(object){2 }

　　表示線程在執行的時候會將object 對象上鎖。（注意這個對象可以是任意類的對象，也可以使用this 關鍵字表示本對象或者是class 對象）。
　　可能一個方法中只有幾行代碼會涉及到線程同步問題，所以synchronized塊比synchronized 方法更加細粒度地控制了多個線程的訪問，只有synchronized 塊中的內容不能同時被多個線程所訪問，方法中的其他語句仍然可以同時被多個線程所訪問（包括synchronized 塊之前的和之後的）。

2. 作用於非靜態方法

1 public synchronized void increase(){2      i++;3 }

　　當一個線程訪問某個對象的synchronized 方法時，將該對象上鎖，其他任何線程都無法再去訪問該對象的synchronized 方法了，直到之前的那個線程執行方法完畢後（或者是拋出了異常），才將該對象的鎖釋放掉，其他線程才有可能再去訪問該對象的 synchronized 方法。

3. 作用於靜態方法

1 static int i=0;2 public synchronized void increase(){3      i++;4 }    

　　當一個synchronized 關鍵字修飾的方法同時又被static 修飾，之前說過，非靜態同步方法會將對象上鎖，但是靜態方法不屬於對象，而是屬於類，它會將這個方法所在的類的Class 對象上鎖。

二、Lock 的用法。

java.util.concurrent.locks包中常用的類和介面：

　　Lock 介面及其實作類別 ReentrantLock

　　ReadWriteLock 介面 及其實作類別 ReentrantReadWriteLock

1.Lock  & ReentrantLock

Lock lock = new ReentrantLock();lock.lock();try{    //處理任務}catch(Exception ex){     }finally{    lock.unlock();   //釋放鎖}

　　ReentrantLock是唯一實現了Lock介面的類。使用Lock 必須在 try-catch-finally 塊中進行，並且將釋放鎖的操作放在 finally 塊中進行，以保證鎖一定被釋放，防止死結的發生。lock 必須要手動釋放鎖，中斷不會自動釋放，synchronized 中斷後會自動釋放鎖。

2.ReadWriteLock & ReentrantReadWriteLock

 1 public interface ReadWriteLock { 2     /** 3      * return the lock used for reading. 4      */ 5     Lock readLock(); 6   7     /** 8      * return the lock used for writing. 9      */10     Lock writeLock();11 }

　　讀鎖是共用鎖定，寫鎖是獨佔鎖定。如果有一個線程已經佔用了讀鎖，則此時其他線程如果要申請寫鎖，則申請寫鎖的線程會一直等待釋放讀鎖。如果有一個線程已經佔用了寫鎖，則此時其他線程如果申請寫鎖或者讀鎖，則申請的線程會一直等待釋放寫鎖。

三、wait() / notify() / notifyAll() 方法的使用（Java 中怎樣喚醒一個阻塞的線程？）

　　在Java 發展史上曾經使用suspend()、resume()方法對於線程進行阻塞喚醒，但隨之出現很多問題，比較典型的還是死結問題。

　　解決方案可以使用以對象為目標的阻塞，即利用Object 類的wait()和notify()方法實現線程阻塞。
　　首先，wait、notify 方法是針對對象的，調用任意對象的wait()方法都將導致線程阻塞，阻塞的同時也將釋放該對象的鎖，相應地，調用任意對象的notify()方法則將隨機解除該對象阻塞的線程，但它需要重新擷取改對象的鎖，直到擷取成功才能往下執行；其  次，wait、notify 方法必須在synchronized 塊或方法中被調用，並且要保證同步塊或方法的鎖對象與調用wait、notify 方法的對象是同一個，如此一來在調用wait 之前當前線程就已經成功擷取某對象的鎖，執行wait 阻塞後當前線程就將之前擷取的對象鎖釋放。

四、CAS（硬體CPU同步原語）

1. 如果不用鎖機制如何?共用資料訪問？

　　無鎖化編程的常用方法：硬體CPU 同步原語CAS（Compare and Swap）。

　　CAS是一種非阻塞的同步方式。CAS 實現了區別於sychronized 同步鎖的一種樂觀鎖，當多個線程嘗試使用CAS 同時更新同一個變數時，只有其中一個線程能更新變數的值，而其它線程都失敗，失敗的線程並不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，並可以再次嘗試。CAS 有3 個運算元，記憶體值V，舊的預期值A，要修改後的新值B。若且唯若預期值A 和記憶體值V 相同時，將記憶體值V 修改為B，否則什麼都不做。

　　一個線程間共用的變數，首先在主存中會保留一份，然後每個線程的工作記憶體也會保留一份副本。這裡說的預期值，就是線程保留的副本。當該線程從主存中擷取該變數的值後，主存中該變數可能已經被其他線程重新整理了，但是該線程工作記憶體中該變數卻還是原來的值，這就是所謂的預期值了。當你要用CAS重新整理該值的時候，如果發現線程工作記憶體和主存中不一致了，就會失敗，如果一致，就可以更新成功。

1 public final int incrementAndGet() {2     for (;;) {3         int current = get();4         int next = current + 1;5         if (compareAndSet(current, next))6         return next;7     }8 }            

　　在這裡採用了CAS 操作，每次從記憶體中讀取資料然後將此資料和+1 後的結果進行CAS 操作，如果成功就返回結果，否則重試直到成功為止。

　　首先假設有一個變數i，i 的初始值為0。每個線程都對i 進行+1 操作。CAS是這樣保證同步的：假設有兩個線程，線程1 讀取記憶體中的值為0，current = 0，next = 1，然後掛起，然後線程2 對i 進行操作，將i 的值變成了1。線程2 執行完，回到線程1，進入if 裡的compareAndSet 方法，該方法進行的操作的邏輯是，（1）如果運算元的值在記憶體中沒有被修改，返回true，然後compareAndSet 方法返回next 的值（2）如果運算元的值在記憶體中被修改了，則返回false，重新進入下一次迴圈，重新得到current 的值為1，next 的值為2，然後再比較，由於這次沒有被修改，所以直接返回2。

 

2. CAS 的優缺點：

優點：CAS 由於是在硬體層面保證的原子性，不會鎖住當前線程，它的效率是很高的。

缺點：

1、迴圈時間長開銷大。自旋CAS 如果長時間不成功，會給CPU 帶來非常大的。執行開銷。因此CAS 不適合競爭十分頻繁的情境。

2、只能保證一個共用變數的原子操作。當對一個共用變數執行操作時，我們可以使用迴圈CAS 的方式來保證原子操作，但是對多個共用變數操作時，迴圈CAS 就無法保證操作的原子性，這個時候就可以用鎖。

多線程的同步