一、線程安全（重點）

1、線程安全概念

在多線程的情況下，需要考慮多個線程并行并發(fā)執(zhí)行：此時多個線程之間的代碼是隨機執(zhí)行的。如果多線程環(huán)境下代碼的運行結果是符合我們的預期的，即在單線程情況下應該的結果，則這個程序是線程安全的。

2、產生線程不安全的情況

多個線程共享變量的操作：

• 都是讀操作時，使用值進行判斷，打印等操作（不存在線程安全問題）
• 存在線程進行了寫操作（存在線程安全問題）

3、線程不安全的原因

（1）原子性：多行指令是最小的執(zhí)行單位（不可拆分），就具有原子性。如果不滿足原子性，則存在線程安全問題。

一條java語句不一定是原子的：

• 如n++、n--，是有三步組成：從內存讀取到cpu寄存器、修改數據、再寫回到cpu；
• Object o=new Object()，也涉及到三個步驟：申請內存、初始化對象、賦值。

以上列舉的雖然只是一條java語句，但是其不具有原子性。

（2）可見性：一個線程對共享變量的修改，能夠及時的被其他線程看見。多個線程并發(fā)并行執(zhí)行，使用各自的工作內存，互相之間不可見（不具有可見性）。

Java內存模型（JMM）：

目的是屏蔽掉各種硬件和操作系統(tǒng)的內存訪問差異，以實現Java程序在各種平臺下都能達到一致的并發(fā)效果。

• 線程之間的共享變量存在主內存；
• 每一個線程都有自己的工作內存；
• 當程序要讀取一個共享變量時，會先將變量從主內存拷貝到工作內存，再從工作內存讀取數據；
• 當程序要修改一個共享變量時，會先修改工作內存中的副本，再同步到主內存。

（3）代碼順序性/有序性：

代碼重排序：

比如，以下代碼：

1、去前臺取U盤，

2、回教室寫一會作業(yè)，

3、去前臺取快遞

在單線程的情況下，JVM、cpu會對其進行優(yōu)化，1→3→2，這樣會提高效率，這樣就叫做代碼重排序。

代碼重排序的前提是：保證邏輯不發(fā)生改變。

4、如何解決線程不安全問題

設計多線程代碼原則：滿足線程安全的前提下，盡可能地提高效率

（1）對共享變量的寫操作，可以加鎖來保證線程安全：

Java中加鎖的兩種方式：

• synchronized關鍵字：申請對給定的Java對象，對象頭加鎖；
• Lock：是一個鎖的接口，它的實現類提供了鎖這樣的對象，可以調用方法來加鎖/釋放鎖。

對共享變量的寫操作，不依賴任何共享變量，也可以使用volatile關鍵字來保證線程安全。

（2）對共享變量的讀操作，使用volatile關鍵字就可以保證線程安全

volatile關鍵字：修飾變量，變量的讀操作，本身就保證了原子性，volatile的作用是保證可見性和有序性，這樣就可以保證線程安全。

二、synchronized關鍵字

synchronized本質上是修飾指定對象的對象頭去。使用角度來看，synchronized必須搭配一個具體的對象來使用。

1、使用

（1）修飾普通方法：鎖TestDemo對象

//方法一
public class TestDemo {
    public synchronized void methond() {
    }
}
//方法二
public class TestDemo {
    public  void methond() {
        synchronized(this){
        }
    }
}

（2）修飾靜態(tài)方法：鎖TestDemo對象

//方法一
public class TestDemo {
    public synchronized static void method() {
    }
}
//方法二
public class TestDemo {
    public static void method() {
        synchronized(TestDemo.class){
        }
    }
}

2、特性

（1）互斥

synchronized會起到同步互斥的作用，某個線程執(zhí)行到某個對象的synchronized中時，如果其他線程也執(zhí)行到同一個對象synchronized時會阻塞等待。

• 進入synchronized修飾的代碼塊，相當于加鎖；
• 退出synchronized代碼塊，相當于釋放鎖。

互斥可以滿足原子性，

（2）刷新內存

synchronized結束釋放鎖，會把工作內存中的數據刷新到主存中；其他線程申請鎖時，獲取的始終是最新的數據。（滿足可見性）。

（3）有序性

某個線程執(zhí)行一段同步代碼，不管如何重排序，過程中不可能有其他線程執(zhí)行的指令，這樣多個線程執(zhí)行同步代碼，就滿足一定的順序。

（4）可重入

同一個線程，可以多次申請同一個對象鎖（可重入）

三、volatile關鍵字

修飾某個變量（實例變量，靜態(tài)變量）

1、保證可見性

代碼在寫入volatilt修飾的變量時：

• 改變線程工作內存中volatile變量副本的值
• 將改變后的副本的值從工作內存中刷新到主存中

代碼在讀取volatile修飾的變量時：

• 從主存中讀取volatile變量的最新值到工作內存中
• 從工作內存中讀取副本值

2、禁止指令重排序

建立內存屏障，保證代碼有序性。

3、不保證原子性

synchronized和volatile有著本質區(qū)別。synchronized可以保證原子性，volatile保證的是內存的可見性。

只能在共享變量的讀操作以及常量賦值操作時使用（這些操作本身就具有原子性）

四、wait和notify（線程間的通信）

線程通信：線程間通信，就是一個線程以通知的方式，喚醒某些等待的線程（或者讓當前線程等待），這樣就可以讓線程通過通信的方式具有一定的順序性。

1、wait()方法

wait做的事情：

• 使當前執(zhí)行代碼的線程進入等待狀態(tài)（把線程放到等待隊列中）
• 釋放當前的鎖
• 滿足一定條件時，重新嘗試獲取這個鎖

wait結束等待的條件：

• 其他線程調用該對象的notify方法
• wait等待時間超時（wait提供了一個帶一個參數的方法，可以指定等待時間）
• 其他線程調用該等待線程的interrupted方法，導致wait拋出InterruptedException異常

wait要搭配synchronized來使用。脫離synchronized使用wait會直接拋異常。

如下：

Object object = new Object();
    synchronized (object) {
        object.wait();
    }
//這種情況下線程會一直等待下去，這個時候需要使用notify來喚醒

2、notify()和notifyAll()方法

notify方法只是喚醒某一個等待的線程，使用notifyAll方法可以一次性喚醒所有的等待線程。

• notify()也是在同步方法中調用，用來通知其他等待的線程，對其發(fā)出通知notify，并使它們重新獲取該對象的對象鎖；
• 如果有多個線程在等待，則有線程調度器隨機挑選出一個處于等待狀態(tài)的線程；
• notify()方法執(zhí)行后，當前線程不會立馬釋放該對象鎖，要等到當前線程將程序執(zhí)行完，退出同步代碼塊后才會釋放對象鎖。

【注】

雖然notifyAll()同時喚醒所有處于等待狀態(tài)的線程，但是這些線程需要競爭鎖。所以并不是同時執(zhí)行，仍然是有先后順序的執(zhí)行。

3、wait和sleep的對比

一個是用于線程之間的通信，一個是讓線程阻塞一段時間。

• wait需要搭配synchrionzed使用，sleep不用
• wait是Object的方法，sleep是Thread的靜態(tài)方法

五、線程和進程的比較

1、線程的優(yōu)點

1. 創(chuàng)建線程的代價比創(chuàng)建進程小得多
2. 與進程切換相比，線程切換需要操作系統(tǒng)做的事少得多
3. 線程占用的資源比進程少
4. 能充分利用多個處理器，提高效率
5. 在等待I/O操作結束的同時，程序可執(zhí)行其他的計算任務
6. I/O密集型操作，為了提高性能，將I/O操作重疊。線程可以同時等待不同的I/O操作
7. 計算密集型應用，為了能在多處理器系統(tǒng)上運行，將計算分解到多個線程中實現

2、線程和進程的區(qū)別

• 進程是進行資源分配的最小單位，線程是程序執(zhí)行的最小單位
• 進程有自己的內存地址空間，線程只獨享指令流執(zhí)行的必要資源，如寄存器和棧
• 同一個進程的各線程之間共享內存和文件資源，可以不通過內核進行直接通信
• 線程的創(chuàng)建、切換、銷毀效率更高

到此這篇關于Java深入探索線程安全和線程通信的特性的文章就介紹到這了,更多相關Java線程安全內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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