【Java并发入门】03 互斥锁（上）：解决原子性问题

原子性问题的源头是线程切换

Q：如果禁用 CPU 线程切换是不是就解决这个问题了？

A：单核 CPU 可行，但到了多核 CPU 的时候，有可能是不同的核在处理同一个变量，即便不切换线程，也有问题。

所以，解决原子性的关键是「同一时刻只有一个线程处理该变量，也被称为互斥」。

如何做到呢？用「锁」。

一、锁模型

一）简易锁模型

一般看到的锁模型长下面这样。

但对于这个模型，会有几个疑问：

• 锁的是什么？
• 临界区的这一堆代码相关的都被锁了？
• 保护的又是什么？

二）改进后的锁模型

用下面这个模型来解释就解答了上面几个问题：

• 要保护的是临界区中的资源 R
• 因此要为 R 创建一个对应的锁 LR
• 需要处理资源 R 的时候先加锁，处理完之后解锁

要注意的是：

• 一个资源必须和锁对应，不能用 A 锁去锁 B 资源

二、Java 提供的锁技术

Java 提供了多种技术，这里仅谈及 Synchronized。

Synchronized 关键字

Java 语言提供的 synchronized 关键字，就是锁的一种实现。synchronized 关键字可以用来修饰方法，也可以用来修饰代码块。

class X {
  // 修饰非静态方法
  synchronized void foo() {
    // 临界区
  }
  // 修饰静态方法
  synchronized static void bar() {
    // 临界区
  }
  // 修饰代码块
  Object obj = new Object()；
  void baz() {
    synchronized(obj) {
      // 临界区
    }
  }
}

Q：synchronized 没看到 lock 和 unlock？

A：在编译的时候会做转换，synchronized起始的地方加锁，结束的地方解锁。

Q：那么 synchronized 锁的是什么呢？

A：当修饰静态方法时，锁定的是当前类的 Class 对象，在上面的例子中就是 Class X；

当修饰非静态方法时，锁定的是当前实例对象 this。

当修饰代码块时，括号中写的是啥就锁啥。

（可能不准确）

Class 对象是用来保存类信息的，可以理解为元数据？

实例对象则是每一个 new 出来的特殊的个体

Synchronized 实例

public class SynchronizedTT  {
    private int value = 0;

    //public void printValue() {
    public synchronized void printValue() {
        System.out.println(this.value);
    }

    public synchronized void addValue() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(1000);
        this.value += 1;
    }
}

// 开两个线程，一个先调用 addValue()，另一个后调用 printValue()

思考：如果 printValue() 不添加 synchronized 关键字，会造成什么样的结果？

A：有可能会先执行了 addValue 在执行 print 但得到的却是增加之前的数值。

三、锁和受保护资源的关系

要点：

• 一把锁可以保护多个资源
• 但是一个资源只能用一把锁保护
• 受保护资源和锁之间的关联关系是 N:1 的关系

思考：如果用多把锁锁同一个资源会出现什么情况？

下面例子：

synchronized 是不同的锁，就和没锁一样。

public class SynchronizedTT  {
    private static int value = 0;

    public synchronized void printValue() {
        System.out.println(value);
    }

    public synchronized static void addValue() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(1000);
        value += 1;
    }
}