Java多線程的定義狀態(tài)和屬性

　　同步一直是java多線程的難點(diǎn)，在我們做android開(kāi)發(fā)時(shí)也很少應(yīng)用，但這并不是我們不熟悉同步的理由。希望這篇文章能使更多的人能夠了解并且應(yīng)用java的同步。

　　在多線程的應(yīng)用中，兩個(gè)或者兩個(gè)以上的線程需要共享對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)的存取。如果兩個(gè)線程存取相同的對(duì)象，并且每一個(gè)線程都調(diào)用了修改該對(duì)象的方法，這種情況通常成為競(jìng)爭(zhēng)條件。

　　競(jìng)爭(zhēng)條件最容易理解的例子就是：比如火車賣票，火車票是一定的，但賣火車票的窗口到處都有，每個(gè)窗口就相當(dāng)于一個(gè)線程，這么多的線程共用所有的火車票這個(gè)資源。并且無(wú)法保證其原子性，如果在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，兩個(gè)線程同時(shí)使用這個(gè)資源，那他們?nèi)〕龅幕疖嚻笔且粯拥模ㄗ�位�?hào)一樣），這樣就會(huì)給乘客造成麻煩。解決方法為，當(dāng)一個(gè)線程要使用火車票這個(gè)資源時(shí)，我們就交給它一把鎖，等它把事情做完后在把鎖給另一個(gè)要用這個(gè)資源的線程。這樣就不會(huì)出現(xiàn)上述情況。

　　1. 鎖對(duì)象

　　synchronized關(guān)鍵字自動(dòng)提供了鎖以及相關(guān)的條件，大多數(shù)需要顯式鎖的情況使用synchronized非常的方便，但是等我們了解ReentrantLock類和條件對(duì)象時(shí)，我們能更好的理解synchronized關(guān)鍵字。ReentrantLock是JAVA SE 5.0引入的， 用ReentrantLock保護(hù)代碼塊的結(jié)構(gòu)如下：

　　mLock.lock();try{...}finally{mLock.unlock();}

　　這一結(jié)構(gòu)確保任何時(shí)刻只有一個(gè)線程進(jìn)入臨界區(qū)，一旦一個(gè)線程封鎖了鎖對(duì)象，其他任何線程都無(wú)法通過(guò)lock語(yǔ)句。當(dāng)其他線程調(diào)用lock時(shí)，它們則被阻塞直到第一個(gè)線程釋放鎖對(duì)象。把解鎖的操作放在finally中是十分必要的，如果在臨界區(qū)發(fā)生了異常，鎖是必須要釋放的，否則其他線程將會(huì)永遠(yuǎn)阻塞。

　　2. 條件對(duì)象

　　進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)在某一個(gè)條件滿足之后，它才能執(zhí)行。要使用一個(gè)條件對(duì)象來(lái)管理那些已經(jīng)獲得了一個(gè)鎖但是卻不能做有用工作的線程，條件對(duì)象又稱作條件變量。

　　我們來(lái)看看下面的例子來(lái)看看為何需要條件對(duì)象

　　假設(shè)一個(gè)場(chǎng)景我們需要用銀行轉(zhuǎn)賬，我們首先寫(xiě)了銀行的類，它的構(gòu)造函數(shù)需要傳入賬戶數(shù)量和賬戶金額

　　public class Bank {private double[] accounts; private Lock bankLock; public Bank(int n,double initialBalance){ accounts=new double[n]; bankLock=new ReentrantLock(); for (int i=0;i<accounts.length;i++){ accounts[i]=initialBalance; } } }

　　接下來(lái)我們要提款，寫(xiě)一個(gè)提款的方法，from是轉(zhuǎn)賬方，to是接收方，amount轉(zhuǎn)賬金額，結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)賬方余額不足，如果有其他線程給這個(gè)轉(zhuǎn)賬方再存足夠的錢就可以轉(zhuǎn)賬成功了，但是這個(gè)線程已經(jīng)獲取了鎖，它具有排他性，別的線程也無(wú)法獲取鎖來(lái)進(jìn)行存款操作，這就是我們需要引入條件對(duì)象的原因。

　　public void transfer(int from,int to,int amount){ bankLock.lock(); try{ while (accounts[from]<amount){ //wait } }finally { bankLock.unlock(); } }

　　一個(gè)鎖對(duì)象擁有多個(gè)相關(guān)的條件對(duì)象，可以用newCondition方法獲得一個(gè)條件對(duì)象，我們得到條件對(duì)象后調(diào)用await方法，當(dāng)前線程就被阻塞了并放棄了鎖

　　public class Bank {private double[] accounts; private Lock bankLock; private Condition condition; public Bank(int n,double initialBalance){ accounts=new double[n]; bankLock=new ReentrantLock(); //得到條件對(duì)象 condition=bankLock.newCondition(); for (int i=0;i<accounts.length;i++){ accounts[i]=initialBalance; } } public void transfer(int from,int to,int amount) throws InterruptedException { bankLock.lock(); try{ while (accounts[from]<amount){ //阻塞當(dāng)前線程，并放棄鎖 condition.await(); } }finally { bankLock.unlock(); } }}

　　等待獲得鎖的線程和調(diào)用await方法的線程本質(zhì)上是不同的，一旦一個(gè)線程調(diào)用的await方法，他就會(huì)進(jìn)入該條件的等待集。當(dāng)鎖可用時(shí)，該線程不能馬上解鎖，相反他處于阻塞狀態(tài)，直到另一個(gè)線程調(diào)用了同一個(gè)條件上的signalAll方法時(shí)為止。當(dāng)另一個(gè)線程準(zhǔn)備轉(zhuǎn)賬給我們此前的轉(zhuǎn)賬方時(shí)，只要調(diào)用condition.signalAll()；該調(diào)用會(huì)重新激活因?yàn)檫@一條件而等待的所有線程。

　　當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用了await方法他沒(méi)法重新激活自身，并寄希望于其他線程來(lái)調(diào)用signalAll方法來(lái)激活自身，如果沒(méi)有其他線程來(lái)激活等待的線程，那么就會(huì)產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象，如果所有的其他線程都被阻塞，最后一個(gè)活動(dòng)線程在解除其他線程阻塞狀態(tài)前調(diào)用await,那么它也被阻塞，就沒(méi)有任何線程可以解除其他線程的阻塞，程序就被掛起了。

　　那何時(shí)調(diào)用signalAll呢？正常來(lái)說(shuō)應(yīng)該是有利于等待線程的方向改變時(shí)來(lái)調(diào)用signalAll。在這個(gè)例子里就是，當(dāng)一個(gè)賬戶余額發(fā)生變化時(shí)，等待的線程應(yīng)該有機(jī)會(huì)檢查余額。

　　public void transfer(int from,int to,int amount) throws InterruptedException { bankLock.lock(); try{ while (accounts[from]<amount){ //阻塞當(dāng)前線程，并放棄鎖 condition.await(); } //轉(zhuǎn)賬的操作 ... condition.signalAll(); }finally { bankLock.unlock(); } }

　　當(dāng)調(diào)用signalAll方法時(shí)并不是立即激活一個(gè)等待線程，它僅僅解除了等待線程的阻塞，以便這些線程能夠在當(dāng)前線程退出同步方法后，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的訪問(wèn)。還有一個(gè)方法是signal，它則是隨機(jī)解除某個(gè)線程的阻塞，如果該線程仍然不能運(yùn)行，那么則再次被阻塞，如果沒(méi)有其他線程再次調(diào)用signal，那么系統(tǒng)就死鎖了。

　　3. Synchronized關(guān)鍵字

　　Lock和Condition接口為程序設(shè)計(jì)人員提供了高度的鎖定控制，然而大多數(shù)情況下，并不需要那樣的控制，并且可以使用一種嵌入到j(luò)ava語(yǔ)言內(nèi)部的機(jī)制。從Java1.0版開(kāi)始，Java中的每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)內(nèi)部鎖。如果一個(gè)方法用synchronized關(guān)鍵字聲明，那么對(duì)象的鎖將保護(hù)整個(gè)方法。也就是說(shuō)，要調(diào)用該方法，線程必須獲得內(nèi)部的對(duì)象鎖。

　　換句話說(shuō)，public synchronized void method(){}等價(jià)于public void method(){this.lock.lock();try{}finally{this.lock.unlock();}

　　上面銀行的例子，我們可以將Bank類的transfer方法聲明為synchronized,而不是使用一個(gè)顯示的鎖。

　　內(nèi)部對(duì)象鎖只有一個(gè)相關(guān)條件，wait放大添加到一個(gè)線程到等待集中，notifyAll或者notify方法解除等待線程的阻塞狀態(tài)。也就是說(shuō)wait相當(dāng)于調(diào)用condition.await()，notifyAll等價(jià)于condition.signalAll();

　　我們上面的例子transfer方法也可以這樣寫(xiě)：

　　public synchronized void transfer(int from,int to,int amount)throws InterruptedException{ while (accounts[from]<amount) { wait(); } //轉(zhuǎn)賬的操作 ... notifyAll(); }

　　可以看到使用synchronized關(guān)鍵字來(lái)編寫(xiě)代碼要簡(jiǎn)潔很多，當(dāng)然要理解這一代碼，你必須要了解每一個(gè)對(duì)象有一個(gè)內(nèi)部鎖，并且該鎖有一個(gè)內(nèi)部條件。由鎖來(lái)管理那些試圖進(jìn)入synchronized方法的線程，由條件來(lái)管理那些調(diào)用wait的線程。

　　4. 同步阻塞

　　上面我們說(shuō)過(guò)，每一個(gè)Java對(duì)象都有一個(gè)鎖，線程可以調(diào)用同步方法來(lái)獲得鎖，還有另一種機(jī)制可以獲得鎖，通過(guò)進(jìn)入一個(gè)同步阻塞，當(dāng)線程進(jìn)入如下形式的阻塞：

　　synchronized(obj){}

　　于是他獲得了obj的鎖。再來(lái)看看Bank類

　　public class Bank {private double[] accounts;private Object lock=new Object(); public Bank(int n,double initialBalance){ accounts=new double[n]; for (int i=0;i<accounts.length;i++){ accounts[i]=initialBalance; } } public void transfer(int from,int to,int amount){ synchronized(lock){ //轉(zhuǎn)賬的操作 ... } }}

　　在此，lock對(duì)象創(chuàng)建僅僅是用來(lái)使用每個(gè)Java對(duì)象持有的鎖。有時(shí)開(kāi)發(fā)人員使用一個(gè)對(duì)象的鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)額外的原子操作，稱為客戶端鎖定。例如Vector類，它的方法是同步的�，F(xiàn)在假設(shè)在Vector中存儲(chǔ)銀行余額

　　public void transfer(Vectoraccounts,int from,int to,int amount){ accounts.set(from,accounts.get(from)-amount); accounts.set(to,accounts.get(to)+amount;}

　　Vecror類的get和set方法是同步的，但是這并未對(duì)我們有所幫助。在第一次對(duì)get調(diào)用完成以后，一個(gè)線程完全可能在transfer方法中被被剝奪運(yùn)行權(quán)，于是另一個(gè)線程可能在相同的存儲(chǔ)位置存入了不同的值，但是，我們可以截獲這個(gè)鎖

　　public void transfer(Vectoraccounts,int from,int to,int amount){ synchronized(accounts){ accounts.set(from,accounts.get(from)-amount); accounts.set(to,accounts.get(to)+amount; }}

　　客戶端鎖定（同步代碼塊）是非常脆弱的，通常不推薦使用，一般實(shí)現(xiàn)同步最好用java.util.concurrent包下提供的類，比如阻塞隊(duì)列。如果同步方法適合你的程序，那么請(qǐng)盡量的使用同步方法，他可以減少編寫(xiě)代碼的數(shù)量，減少出錯(cuò)的幾率，如果特別需要使用Lock/Condition結(jié)構(gòu)提供的獨(dú)有特性時(shí)，才使用Lock/Condition。

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