在CSDN开了博客后,一直也没在上面公布过文章,直到前一段时间与一位前辈的对话,才发现技术博客的重要,立志要把CSDN的博客建好。但一直没有找到好的开篇的主题,今天再看JAVA线程相互排斥、同步的时候又有了新的体会,就以他作为开篇吧。

在JAVA中,是没有类似于PV操作、进程相互排斥等相关的方法的。JAVA的进程同步是通过synchronized()来实现的,须要说明的是,JAVA的synchronized()方法类似于操作系统概念中的相互排斥内存块,在JAVA中的Object类型中,都是带有一个内存锁的,在有线程获取该内存锁后,其他线程无法訪问该内存,从而实现JAVA中简单的同步、相互排斥操作。明确这个原理,就能理解为什么synchronized(this)与synchronized(static
XXX)的差别了,synchronized就是针对内存区块申请内存锁,thiskeyword代表类的一个对象,所以其内存锁是针对同样对象的相互排斥操作,而static成员属于类专有,其内存空间为该类全部成员共同拥有,这就导致synchronized()对static成员加锁,相当于对类加锁,也就是在该类的全部成员间实现相互排斥,在同一时间仅仅有一个线程可訪问该类的实例。假设仅仅是简单的想要实如今JAVA中的线程相互排斥,明确这些基本就已经够了。但假设须要在线程间相互唤醒的话就须要借助Object.wait(), Object.nofity()了。

Obj.wait(),与Obj.notify()必需要与synchronized(Obj)一起使用,也就是wait,与notify是针对已经获取了Obj锁进行操作,从语法角度来说就是Obj.wait(),Obj.notify必须在synchronized(Obj){...}语句块内。从功能上来说wait就是说线程在获取对象锁后,主动释放对象锁,同一时候本线程休眠。直到有其他线程调用对象的notify()唤醒该线程,才干继续获取对象锁,并继续运行。对应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。但有一点需要注意的是notify()调用后,并非立即就释放对象锁的,而是在对应的synchronized(){}语句块运行结束,自己主动释放锁后,JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续运行。这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都能够暂停当前线程,释放CPU控制权,基本的差别在于Object.wait()在释放CPU同一时候,释放了对象锁的控制。

单单在概念上理解清楚了还不够,须要在实际的样例中进行測试才干更好的理解。对Object.wait(),Object.notify()的应用最经典的样例,应该是三线程打印ABC的问题了吧,这是一道比較经典的面试题,题目要求例如以下:

建立三个线程,A线程打印10次A,B线程打印10次B,C线程打印10次C,要求线程同一时候执行,交替打印10次ABC。这个问题用Object的wait(),notify()就能够非常方便的解决。代码例如以下:

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {   

    private String name;
private Object prev;
private Object self; private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {
this.name = name;
this.prev = prev;
this.self = self;
} @Override
public void run() {
int count = 10;
while (count > 0) {
synchronized (prev) {
synchronized (self) {
System.out.print(name);
count--; self.notify();
}
try {
prev.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} }
} public static void main(String[] args) throws Exception {
Object a = new Object();
Object b = new Object();
Object c = new Object();
MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);
MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);
MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c); new Thread(pa).start();
new Thread(pb).start();
new Thread(pc).start(); }
}

先来解释一下其总体思路,从大的方向上来讲,该问题为三线程间的同步唤醒操作,基本的目的就是ThreadA->ThreadB->ThreadC->ThreadA循环运行三个线程。为了控制线程运行的顺序,那么就必需要确定唤醒、等待的顺序,所以每个线程必须同一时候持有两个对象锁,才干继续运行。一个对象锁是prev,就是前一个线程所持有的对象锁。另一个就是自身对象锁。基本的思想就是,为了控制运行的顺序,必需要先持有prev锁,也就前一个线程要释放自身对象锁,再去申请自身对象锁,两者兼备时打印,之后首先调用self.notify()释放自身对象锁,唤醒下一个等待线程,再调用prev.wait()释放prev对象锁,终止当前线程,等待循环结束后再次被唤醒。运行上述代码,能够发现三个线程循环打印ABC,共10次。程序运行的主要过程就是A线程最先运行,持有C,A对象锁,后释放A,C锁,唤醒B。线程B等待A锁,再申请B锁,后打印B,再释放B,A锁,唤醒C,线程C等待B锁,再申请C锁,后打印C,再释放C,B锁,唤醒A。看起来似乎没什么问题,但假设你细致想一下,就会发现有问题,就是初始条件,三个线程依照A,B,C的顺序来启动,依照前面的思考,A唤醒B,B唤醒C,C再唤醒A。可是这样的假设依赖于JVM中线程调度、运行的顺序。详细来说就是,在main主线程启动ThreadA后,需要在ThreadA运行完,在prev.wait()等待时,再切回线程启动ThreadB,ThreadB运行完,在prev.wait()等待时,再切回主线程,启动ThreadC,仅仅有JVM依照这个线程运行顺序运行,才干保证输出的结果是正确的。而这依赖于JVM的详细实现。考虑一种情况,例如以下:假设主线程在启动A后,运行A,过程中又切回主线程,启动了ThreadB,ThreadC,之后,因为A线程尚未释放self.notify,也就是B需要在synchronized(prev)处等待,而这时C却调用synchronized(prev)获取了对b的对象锁。这样,在A调用完后,同一时候ThreadB获取了prev也就是a的对象锁,ThreadC的运行条件就已经满足了,会打印C,之后释放c,及b的对象锁,这时ThreadB具备了运行条件,会打印B,也就是循环变成了ACBACB了。这样的情况,能够通过在run中主动释放CPU,来进行模拟。代码例如以下:

    public void run() {
int count = 10;
while (count > 0) {
synchronized (prev) {
synchronized (self) {
System.out.print(name);
count--;
try{
Thread.sleep(1);
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
} self.notify();
}
try {
prev.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} }
}

执行后的打印结果就变成了ACBACB了。为了避免这样的与JVM调度有关的不确定性。须要让A,B,C三个线程以确定的顺序启动,终于代码例如以下:

public class MyThreadPrinter2 implements Runnable {   

    private String name;
private Object prev;
private Object self; private MyThreadPrinter2(String name, Object prev, Object self) {
this.name = name;
this.prev = prev;
this.self = self;
} @Override
public void run() {
int count = 10;
while (count > 0) {
synchronized (prev) {
synchronized (self) {
System.out.print(name);
count--;
try{
Thread.sleep(1);
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
} self.notify();
}
try {
prev.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} }
} public static void main(String[] args) throws Exception {
Object a = new Object();
Object b = new Object();
Object c = new Object();
MyThreadPrinter2 pa = new MyThreadPrinter2("A", c, a);
MyThreadPrinter2 pb = new MyThreadPrinter2("B", a, b);
MyThreadPrinter2 pc = new MyThreadPrinter2("C", b, c); new Thread(pa).start();
Thread.sleep(10);
new Thread(pb).start();
Thread.sleep(10);
new Thread(pc).start();
Thread.sleep(10);
}
}

这样才干够完美的解决该问题。通过这个样例也是想说明一下,非常多理论、概念如Obj.wait(),Obj.notify()等,理解起来,比較简单,可是在实际的应用其中,这里却是往往出现故障的地方。须要更加深入的理解。并在解决这个问题的过程中不断加深对概念的掌握。

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