JAVA-线程安全性

线程安全性:

一个类是线程安全的是指在被多个线程访问时,类可以持续进行正确的行为.不用考虑这些线程运行时环境下的调度和交替.

 

编写正确的并发程序的关键在于对共享的,可变的状态进行访问管理.

解决方案有两种:

1.控制资源访问.通过锁机制来对资源的访问进行排队.这样来避免一个线程修改其他线程正在使用的对象

2.要确保当一个线程修改了对象的状态后,其他的线程能够真正知道这种变化.

 

资源访问控制

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1.无状态的类肯定是线程安全的,因为它不会存在交替的情况.因为所有要用到的资源都是通过参数传进去的.这样就不会存在多个线程共享资源的问题.

 

2.如果是有状态的类,比如它有个属性是long count;它有个方法,是让它自增:count++;http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f54f0be0100vwh8.html此文中已经介绍了该操作并发的风险.在代码中该操作看起来是一个单独的操作,但它实际上是由三个操作组成的.所以它不是单独的,不可分割的.即:"原子性".原子性不能指程序上的最基本的数字逻辑操作,而是逻辑上的不可分割的操作.

 

JAVA提供了一些线程安全的类,也就是实现了原子性的类.对这些类的操作是原子性的.它们是 在:java.util.concurrent.atomic包中.比如有类:AtomicLong,它是Long的原子化类.我们对long类型的 count进行自增操作时,不是原子性的,但对AtomicLong调用:incrementAndGet()即是原子操作的,JAVA为我们解决了这些 问题.

 

同时,JAVA提供了我们自己可控制的原子机制--锁.

JAVA提供了强制原子性的内置锁机制:synchronized .

我们通过 synchronized 给一个类,或一个方法或一个属性或一串操作进行锁标识.线程进入synchronized 之前会自动获得锁;在正常退出,或出现异常时,线程都会释放锁.被锁上后,其它线程只有等到锁被释放才能进入.否则只有一直等下去.所以这种做法在有些时候会极端影响效率.(静态属性或方法的锁是从Class对象上获取的)

当一个线程请求其他线程已经占有的锁时,请求被阻塞.但占有锁的那个线程是可以再次请求的.这就意味着:锁的基于线程的而不是基于请求.实现这种机制是为
每个锁关联一个请求计数和一个占有它的线程.当计数为0时,表示该锁未被占有.此时线程请求时,JVM将记录锁的占有线程,并将请求计数加1.如果同一线
程再次请求这个锁,计数再加1.每次退出synchronized 标识的块时计数会减1.当计数为0时,锁被释放.

并不是所有的数据都需要锁保护--只有那些被多个线程访问的可变数据才需要.过多的synchronized
会影响性能.所以我们最好是将一些需要同步的原子操作放在同步块中.如下面这种做法:

synchronized (this) {

++hits;

if (i.equals(lastNumber)) {

++cacheHits;

factors = lastFactors.clone();

}

}

if (factors == null) {

factors = factor(i);

synchronized (this) {

lastNumber = i;

lastFactors = factors.clone();

}

}

如上所示.两个分离的synchronized
块中都只有很简短的代码.第一个块保护着检查再运行的操作以检查对我们很重要的状态码,另一个进行数据的更新.

 

共享对象

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同步的可见性:

使用了synchronized进行加锁后,一个线程在该同步块内做的操作对接下来的线程是可见的.这就是"同步"的含义.

1.当一个读线程和一个写线程同时进行时,我们不能保证读线程能及时地读取写线程写入的值.除非使用synchronized进行同步.例如下面代码所示:

private static boolean ready;

private static int number;

private static class ReaderThread extends Thread {

public void run() {

while (!ready)

Thread.yield();

System.out.println(number);

}

}

public static void main(String[] args) {

new ReaderThread().start();

number = 42;

ready = true;

}

上面的mian主线程运行时还充当了"写线程",并且新建"读线程"并让它运行.读线程会不断的循环直到ready的值为true.但在有些情况下,上面的程序会和我们想象的输入42相异:

由于JAVA的"重排序"机制(JVM:只要代码顺序改变对结果不产生影响,那么就不能保证代码执行的顺序是书写的顺序)可能在对number设置值前ready的值就已经是true了.那么输入的结果会是0.

2.在没有同步时,我们可能就象上面一样,获得到的数据不是最新设置进去的.如:一个类有一属性,并且有它的getter,setter方法,当两个线程一个执行getter一个执行setter时,就容易出现获得到"过期数据".但给getter,setter方法加上synchronized
后可以解决这一问题.

 

除了过期数据,还可能出现错数据,这种问题只是存在于64位的数据.由于JVM的运算是基于32位的.即:不管是布尔值(1位),short(16位),运算时,都通过左侧补零将它扩展成32位,然后进行运算.而float,double,long
等64位的数据则被做为两个32位数进行运算.

所以,在多线程未同步时,64位数据的读取可能会返回一个值的前32位,及另一个值的后32位.通过给值加上volatile标记可以让JVM避免这种问题.如:volatile float
test;

 

当一个域声明为volatile
类型后,编译器与运行时会监视这个变量,而且对它的操作不会与其他的内在操作重排序.它不会缓存在寄存器或者缓存在其它地方,所以读一个volatile
类型的变量时,它总是返回由某一线程所写入的最新值.我们可以将它看做轻量级的同步机制.

private int value;

public synchronized int get() {

return value;

}

public synchronized void set(int value) {

this.value = value;

}

如上代码可以被:volatile private int
value;以及不加同步声明的getter,setter方法所代替.但当然会牺少许功能:加锁可以保证可见性和原子性,但volatile变量只能保证可见性.所以,在不需要原子性的时候,可以用它.