一、併發問題
多線程學習的時候，要面對的第一個複雜問題就是，併發模式下變量的訪問，如果不理清楚內在流程和原因，經常會出現這樣一個問題：線程處理後的變量值不是自己想要的，可能還會一臉懵的說：這不合邏輯吧？
1、成員變量訪問
多個線程訪問類的成員變量，可能會帶來各種問題。
public class AccessVar01 {
public static void main(String[] args) {
Var01Test var01Test = new Var01Test() ;
VarThread01A varThread01A = new VarThread01A(var01Test) ;
varThread01A.start();
VarThread01B varThread01B = new VarThread01B(var01Test) ;
varThread01B.start();
}
}
class VarThread01A extends Thread {
Var01Test var01Test = new Var01Test() ;
public VarThread01A (Var01Test var01Test){
this.var01Test = var01Test ;
}
@Override
public void run() {
var01Test.addNum(50);
}
}
class VarThread01B extends Thread {
Var01Test var01Test = new Var01Test() ;
public VarThread01B (Var01Test var01Test){
this.var01Test = var01Test ;
}
@Override
public void run() {
var01Test.addNum(10);
}
}
class Var01Test {
private Integer num = 0 ;
public void addNum (Integer var){
try {
if (var == 50){
num = num + 50 ;
Thread.sleep(3000);
} else {
num = num + var ;
}
System.out.println("var="+var+";num="+num);
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}這裏案例的流程就是併發下運算一個成員變量，程序的本意是：var=50，得到num=50,可輸出的實際結果是：
var=10;num=60
var=50;num=60VarThread01A線程處理中進入休眠，休眠時num已經被線程VarThread01B進行一次加10的運算，這就是多線程併發訪問導致的結果。
2、方法私有變量
修改上述的代碼邏輯，把num變量置於方法內，作爲私有的方法變量。
class Var01Test {
// private Integer num = 0 ;
public void addNum (Integer var){
Integer num = 0 ;
try {
if (var == 50){
num = num + 50 ;
Thread.sleep(3000);
} else {
num = num + var ;
}
System.out.println("var="+var+";num="+num);
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}方法內部的變量是私有的，且和當前執行方法的線程綁定，不會存在線程間干擾問題。
二、同步控制
1、Synchronized關鍵字
使用方式：修飾方法，或者以控制同步塊的形式，保證多個線程併發下，同一時刻只有一個線程進入方法中，或者同步代碼塊中，從而使線程安全的訪問和處理變量。如果修飾的是靜態方法，作用的是這個類的所有對象。
獨佔鎖屬於悲觀鎖一類，synchronized就是一種獨佔鎖，假設處於最壞的情況，只有一個線程執行，阻塞其他線程，如果併發高，處理耗時長，會導致多個線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。
2、修飾方法
這個案例和第一個案例原理上是一樣的，不過這裏雖然在修改值的地方加入的同步控制，但是又挖了一個坑，在讀取的時候沒有限制，這個現象俗稱髒讀。
public class AccessVar02 {
public static void main(String[] args) {
Var02Test var02Test = new Var02Test ();
VarThread02A varThread02A = new VarThread02A(var02Test) ;
varThread02A.start();
VarThread02B varThread02B = new VarThread02B(var02Test) ;
varThread02B.start();
var02Test.readValue();
}
}
class VarThread02A extends Thread {
Var02Test var02Test = new Var02Test ();
public VarThread02A (Var02Test var02Test){
this.var02Test = var02Test ;
}
@Override
public void run() {
var02Test.change("my","name");
}
}
class VarThread02B extends Thread {
Var02Test var02Test = new Var02Test ();
public VarThread02B (Var02Test var02Test){
this.var02Test = var02Test ;
}
@Override
public void run() {
var02Test.change("you","age");
}
}
class Var02Test {
public String key = "cicada" ;
public String value = "smile" ;
public synchronized void change (String key,String value){
try {
this.key = key ;
Thread.sleep(2000);
this.value = value ;
System.out.println("key="+key+";value="+value);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void readValue (){
System.out.println("讀取：key="+key+";value="+value);
}
}在線程中，邏輯上已經修改了，只是沒執行到，但是在main線程中讀取的value毫無意義,需要在讀取方法上也加入同步的線程控制。
3、同步控制邏輯
同步控制實現是基於Object的監視器。
- 線程對Object的訪問，首先要先獲得Object的監視器 ;
- 如果獲取成功，則會獨佔該對象 ；
- 其他線程會掉進同步隊列，線程狀態變爲阻塞 ；
- 等Object的持有線程釋放鎖，會喚醒隊列中等待的線程，嘗試重啓獲取對象監視器；
4、修飾代碼塊
說明一點，代碼塊包含方法中的全部邏輯，鎖定的粒度和修飾方法是一樣的，就寫在方法上吧。同步代碼塊一個很核心的目的，減小鎖定資源的粒度，就如同表鎖和行級鎖。
public class AccessVar03 {
public static void main(String[] args) {
Var03Test var03Test1 = new Var03Test() ;
Thread thread1 = new Thread(var03Test1) ;
thread1.start();
Thread thread2 = new Thread(var03Test1) ;
thread2.start();
Thread thread3 = new Thread(var03Test1) ;
thread3.start();
}
}
class Var03Test implements Runnable {
private Integer count = 0 ;
public void countAdd() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized(this) {
count++ ;
System.out.println("count="+count);
}
}
@Override
public void run() {
countAdd() ;
}
}這裏就是鎖定count處理這個動作的核心代碼邏輯，不允許併發處理。
5、修飾靜態方法
靜態方法屬於類層級的方法，對象是不可以直接調用的。但是synchronized修飾的靜態方法鎖定的是這個類的所有對象。
public class AccessVar04 {
public static void main(String[] args) {
Var04Test var04Test1 = new Var04Test() ;
Thread thread1 = new Thread(var04Test1) ;
thread1.start();
Var04Test var04Test2 = new Var04Test() ;
Thread thread2 = new Thread(var04Test2) ;
thread2.start();
}
}
class Var04Test implements Runnable {
private static Integer count ;
public Var04Test (){
count = 0 ;
}
public synchronized static void countAdd() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"；count="+(count++));
}
@Override
public void run() {
countAdd() ;
}
}如果不是使用同步控制，從邏輯和感覺上，輸出的結果應該如下：
Thread-0；count=0
Thread-1；count=0加入同步控制之後，實際測試輸出結果：
Thread-0；count=0
Thread-1；count=16、注意事項
- 繼承中子類覆蓋父類方法，synchronized關鍵字特性不能繼承傳遞，必須顯式聲明；
- 構造方法上不能使用synchronized關鍵字，構造方法中支持同步代碼塊；
- 接口中方法，抽象方法也不支持synchronized關鍵字 ；
三、Volatile關鍵字
1、基本描述
Java內存模型中，爲了提升性能，線程會在自己的工作內存中拷貝要訪問的變量的副本。這樣就會出現同一個變量在某個時刻，在一個線程的環境中的值可能與另外一個線程環境中的值，出現不一致的情況。
使用volatile修飾成員變量，不能修飾方法，即標識該線程在訪問這個變量時需要從共享內存中獲取，對該變量的修改，也需要同步刷新到共享內存中，保證了變量對所有線程的可見性。
2、使用案例
class Var05Test {
private volatile boolean myFlag = true ;
public void setFlag (boolean myFlag){
this.myFlag = myFlag ;
}
public void method() {
while (myFlag){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+myFlag);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}3、注意事項
- 可見性只能確保每次讀取的是最新的值，但不支持變量操作的原子性;
- volatile並不會阻塞線程方法，但是同步控制會阻塞；
- Java同步控制的根本：保證併發下資源的原子性和可見性；
四、源代碼地址
GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent