Java并发编程实战-第2章 线程安全性- 高飞网

第2章 线程安全性

2016-03-28 22:41:02.0

    要编写线程安全的代码,其核心在于要对状态访问操作进行管理,特别是对共享的(Shared)和可变的(Mutable)状态的访问。

    对象的状态:是指存储在状态变量(如实例或静态域)中的数据。对象的状态可能包括其他依赖对象的域,如HashMap的状态不仅存储在HashMap本身,还存储在许多Map.Entry中。

    共享:意味着变量可以由多个线程同时访问;    
    可变:意味着变量的值在其生命周期内可以发生变化。

    一个对象是否是需要线程安全的,取决于它是否被多个线程访问。这指的是在程序中访问对象的方式,而不是对象要实现的功能。

    Java中的主要同步机制是关键字synchronized,它提供了一种独占的加锁方式,但“同步”这个术语还包括volatile类型的变量,显示锁(Explicit Lock)和原子变量

    如果当多个线程访问同一个可变的状态变量时没有使用合适的同步,那么程序就会出现错误。有三种方式可 以修复这个问题:
    · 不在线程之间共享该状态变量
    · 将状态变量修改为不可变的变量
    · 在访问状态变量时使用同步

什么是线程安全

线程安全性:当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调试方式或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的。    

    在线程安全类中封装了必要的同步机制,因此客户端无须进一步采用同步措施。

    无状态对象一无状态对象一定是线程安全的。

原子性

    假如Servlet存在一个long型的count变量,用以统计请求次数,在request方法中使用count++来递增。但这是有问题的,由于++操作本身并非原子操作,包括读取 - 修改 - 写入三个操作,因此可能多个线程同时读取到一个值,在递增时就会丢失数据。

竞态条件

    当某个计算的正确性取决于多个线程的交替执行时,那么就会发生竞态条件。最常见的情况就是“先检查后执行(Check - Then - Act)”操作,即通过一个可能失效的结果来决定下一步的操作。例如:在一个程序的数据初始化过程中,先判断数据是否为空,为空时才初始化,但可能发生多个线程同时进来时,数据都为空,会造成初始化两遍的情况。

    假定有两个操作A和B,如果从执行A的线程来看,当另一个线程执行B时,要么将B全部执行完,要么完全不执行B,那么A和B对彼此来说是原子的。原子操作是指,对于访问同一个状态的所有操作(包括该操作本身)来说,这个操作是一个以原子方式执行的操作

复合操作

    上面的“读取 - 修改 - 写入”和“先检查后执行”都属于复合操作。三元运算的++操作,可以使用并发包中的AtomicLong来代替,而先检查后执行需要加锁保证线程安全。

加锁机制

    要保持状态的一致性,就需要在单个原子操作中更新所有相关的状态变量。

内置锁:synchronized关键字。每个Java对象都可以用作一个实现同步的锁,这些锁被称为内置锁(Intrinsic Lock)或监视器锁(Monitor Lock)。线程在进入同步代码块之前会自动获得锁,并且在退出同步代码块时自动释放锁,而无论是通过正常的控制路径退出,还是通过从代码块中抛出异常退出。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁保护的同步代码块或同步方法。

    Java内置锁相当于一种互斥锁,这意味着最多有一个线程能持有这种锁。

重入:当某个线程请求一个由其他线程持有的锁时,发出请求的线程就会阻塞。然而,由于内置锁是可重入的,因此如果某个线程试图获得一个已经由它自己持有的锁,那么这个请求就会成功。“重入”意味着获取锁的粒度是“线程”而不是调用。

    重入的一种实现方式:为每个锁关联一个计数器和一个所有者线程。当计数器为0时表示没有被任何线程持有,当线程请求一个未被持有的锁时,JVM将记下锁的持有者,并且将获取计数器置为1.如果同一个线程再次请求这个锁,计数值将递增,而当线程退出同步代码时,计数器会相应的递减。当计数器为0时,这个锁将被释放。

    对于每个包含多个变量的不变性条件,其中涉及的所有变量都需要由同一个锁来保护。