軟體構造 並發3（執行緒安全性）----鎖定和同步

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同步：防止線程同時訪問共用資料。

鎖：是一種抽象，最多允許一個線程擁有它。 保持鎖定是一條線程告訴其他線程的：我正在改變這  個東西，現在不要觸摸它

      兩個操作：擷取允許線程擷取鎖的所有權。 如果一個線程試圖擷取當前由另一個線程擁有的鎖，它將阻塞，直到另一個線程釋放該鎖。 此時，它將與任何其他嘗試擷取鎖的線程競爭。 一次只能有一個線程擁有該鎖。釋放鎖的所有權，允許另一個線程獲得它的所有權

           使用鎖還會告知編譯器和處理器您正在同時使用共用記憶體，以便將寄存器和快取重新整理到共用儲存。 這可以確保鎖的所有者始終查看最新的資料

           阻塞一般意味著線程等待（不再 繼續工作），直到一個事件發生。

同步塊和方法：鎖定：鎖是如此常用以至於Java將它們作為內建語言功能提供

                          同步是圍繞內部鎖或監視器鎖實體構建的, (API 規範通常將此實體簡稱為“監視器”)。在同步時：強制對象狀態的獨 占訪問和建立happens-before關係，內部鎖都起作用。

                         每個類及其所有對象執行個體都有一個鎖，Object has a lock   ：Object lock = new Object();

兩個基本的同步習慣用法：同步方法    同步語句/同步代碼塊

同步語句

同步語句必須指定提供內部鎖的對象

同步地區提供了互斥功能：一次只能有一個線程處於由給定對象的鎖保護的同步地區中。（順序執行）

例：

鎖用於保護共用資料變數。 如果所有對資料變數的訪問都被相同的鎖對象保護（被同步塊包圍），那麼這些訪問將被保證為原子 - 不被其他線程中斷

線上程t中使用synchronized (obj) { ... } 擷取與對象obj關聯的鎖只做一件事：阻止其他線程進入 synchronized(obj)塊，直到線程t完成其同步塊為止。

鎖只能確保與其他請求 擷取相同對象鎖的線程互斥訪問。所有對資料變數的訪問必須由相同的鎖保護。 你可以在一個鎖後面保護整個變數集合，但是所有模組必須同意他們將獲得並釋放哪個鎖

錯誤：擁有對象的鎖會自動阻止其他線程訪問該對象

鎖只能確保與其他請求擷取相同對象鎖的線程互斥訪問，如 果其他線程沒有使用synchronized (obj)或者利用了不同object的鎖 ，則同步會失效。

同步方法

當線程調用同步方法時，它會 自動擷取該方法對象的內部鎖，並在方法返回時釋放它。 即使返回是 由未捕獲的異常引起的，也會釋放鎖。

同一對象上的同步方法的兩次調用不會 有交錯現象。

當一個線程正在執行一個對象的同步方法時，所有其他線程 如果調用同一對象的同步方法塊，則會掛起執行，直到第一個線程針 對此對象的操作完成.

當一個同步方法退出時，它會自動建立一個與之後調用同 一個對象的同步方法的happens-before關係。這保證對象狀態的更改 對所有線程都是可見的

 

happens-before關係:保證了語句A記憶體的寫入對語句B是可見的， 也就是在B開始讀資料之前，A已經完成了資料的寫入。 確保記憶體一致性

 

 原子操作

使用volatile變數可以降低記憶體一致性錯誤的風險，因為任何對volatile變數的寫入都會與隨後的同一個變數的讀取之間建立一個happen-before關係volatile變數的更改,對其他線程總是可見的(速度更快)

基本原理：每次使用此類變數時都到主存中進行讀取，而且，當成員變 量發生變化時，強迫線程將變化值回寫到共用記憶體。這樣在任何時刻， 兩個不同的線程總是看到某個成員變數的同一個值。避免虛擬機器採用寄 存器緩衝最佳化（線程可以把變數儲存在本地記憶體(比如機器的寄存器)中 ，而不是直接在主存中進行讀寫。這就可能造成一個線程在主存中修改 了一個變數的值，而另外一個線程還繼續使用它在寄存器中的變數值的 拷貝，造成資料的不一致。

volatile不能處理所有情況

volatile 不能提供必須的原子 特性，只能在有限的一些情形 下使用 volatile變數替代鎖： 對變數的寫操作不依賴於當前 值，變數的有效值獨立於任何 程式的狀態，包括變數的當前 狀態。

synchronized能否在所有地方應用？不能

同步對程式而言開銷很大，由於需要擷取鎖（並重新整理緩衝並與其他處理器通訊），因此進行同步方法調用可能需要更長的時間

當你不需要同步時，不要使用它。同步方法，意味著正在擷取一個鎖，而不考慮它是哪個鎖，或 者是否它是否是保護你將要執行的共用資料訪問的正確鎖。

將synchronized同步到某個方法，則一次只有一個線程可以調用，即使其他線程想要在不同的緩衝區上運行，這些緩衝區應該是安全的，它們仍然會被阻塞，直到單鎖被釋放，效能損失嚴重。

死結描述了兩個或更多線程 永遠被阻塞的情況，都在等待對方。
防止死結的一種方法是①對需要同時獲 取的鎖進行排序，並確保所有代碼按照該順序擷取鎖定

②粗粒度的鎖，用單個鎖來監控多個 對象執行個體（在最糟糕的情況下，程式可能基 本上是順序執行的，喪失了並發性。）

饑餓描述了線程無法獲得對共用資源的訪問，而無法取得進展的情況。

當共用資源由“貪婪”線程導致長時間不 可用時，會發生這種情況。

例如，假設一個對象提供了一個經常需要很長時間才能返回的同步方法。 如果一個線程頻繁地調用這個方法，那麼其他線程也需要經常同步訪問同一個對象 活鎖：如果一個線程的行為也是對 另一個線程的行為的響應，則可能導致活鎖。 與死結一樣，活鎖線程無法取得進一步進展，線程並未被阻止 ，他們只 是忙於響應對方恢複工作。 Thread.sleep(time)  讓當前線程暫停指定 時間的執行  Join()方法用於保持當前正在啟動並執行線程的執行，直到該線程死亡(執行完畢)，才能繼續執行後續線程 （讓一 個線程等待另一個線程結束。(可能需要前麵線程的輸出結果作為輸入)）

執行wait()後，當前線程會等待，直到其他線程調用 此對象的notify( ) 方法或 notifyAll( ) 方法。

在將來的某個時間，另一個線程將獲得相同的鎖並調用Object.notifyAll（），通知等待該鎖的所有線程發生了重要事件。第二個線程釋放鎖定一段時間後，第一個線程重新擷取鎖定並從等待的調用返回

低級可中斷阻塞方法 ：Thread.sleep(), Thread.join(), or Object.wait(）

阻塞方法：一般方法的完成只取 決於它所要做的事情，以及是否有足夠多可用的計算資源，  而阻塞方法的完成還取決於一 些外部的事件，例如計時器到期，I/O 完成，或者另一個線程的動作（釋 放一個鎖，設定一個標誌，或者將一個任務放在一個工作隊列中）。一般方法在 它們的工作做完後即可結束，而阻塞方法較難於預測，因為它們取決於外 部事件。阻塞方法可能影響響應能力，因為難於預測它們何時會結束。 阻塞方法可能因為等不到所 等的事件而無法終止，因此令阻塞方法可取消 就非常有用

interrupt()

當另一個線程通過調用 Thread.interrupt() 中斷一個線程時，會出現以下兩種情況之一。

①如果被中斷線程在執行一個低級可中斷阻塞方法，例如 Thread.sleep()、 Thread.join() 或Object.wait()，那麼它將取消阻塞並拋出 InterruptedException。

②interrupt() 只是設定線程的中斷狀態。

中斷狀態可以通過 Thread.isInterrupted() 來讀取，並且可以通過一個名為 Thread.interrupted() 的操作讀取和清除

中斷是禮貌地請求另一個線程在它願 意並且方便的時候停止它正在做的事情。

 

安全（錯誤的計算）

活躍度（沒有計算）

軟體構造 並發3（執行緒安全性）----鎖定和同步