Java并发编程(03)：多线程并发访问，同步控制
- 2020 年 3 月 29 日
- 笔记
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一、并发问题
多线程学习的时候，要面对的第一个复杂问题就是，并发模式下变量的访问，如果不理清楚内在流程和原因，经常会出现这样一个问题：线程处理后的变量值不是自己想要的，可能还会一脸懵的说：这不合逻辑吧？
1、成员变量访问
多个线程访问类的成员变量，可能会带来各种问题。
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(); } } } 这里案例的流程就是并发下运算一个成员变量，程序的本意是：var=50，得到num=50,可输出的实际结果是：
var=10;num=60 var=50;num=60 VarThread01A线程处理中进入休眠，休眠时num已经被线程VarThread01B进行一次加10的运算，这就是多线程并发访问导致的结果。
2、方法私有变量
修改上述的代码逻辑，把num变量置于方法内，作为私有的方法变量。
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(); } } } 方法内部的变量是私有的，且和当前执行方法的线程绑定，不会存在线程间干扰问题。
二、同步控制
1、Synchronized关键字
使用方式：修饰方法，或者以控制同步块的形式，保证多个线程并发下，同一时刻只有一个线程进入方法中，或者同步代码块中，从而使线程安全的访问和处理变量。如果修饰的是静态方法，作用的是这个类的所有对象。
独占锁属于悲观锁一类，synchronized就是一种独占锁，假设处于最坏的情况，只有一个线程执行，阻塞其他线程，如果并发高，处理耗时长，会导致多个线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。
2、修饰方法
这个案例和第一个案例原理上是一样的，不过这里虽然在修改值的地方加入的同步控制，但是又挖了一个坑，在读取的时候没有限制，这个现象俗称脏读。
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("读取：key="+key+";value="+value); } } 在线程中，逻辑上已经修改了，只是没执行到，但是在main线程中读取的value毫无意义,需要在读取方法上也加入同步的线程控制。
3、同步控制逻辑
同步控制实现是基于Object的监视器。
- 线程对Object的访问，首先要先获得Object的监视器 ;
- 如果获取成功，则会独占该对象 ；
- 其他线程会掉进同步队列，线程状态变为阻塞 ；
- 等Object的持有线程释放锁，会唤醒队列中等待的线程，尝试重启获取对象监视器；
4、修饰代码块
说明一点，代码块包含方法中的全部逻辑，锁定的粒度和修饰方法是一样的，就写在方法上吧。同步代码块一个很核心的目的，减小锁定资源的粒度，就如同表锁和行级锁。
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() ; } } 这里就是锁定count处理这个动作的核心代码逻辑，不允许并发处理。
5、修饰静态方法
静态方法属于类层级的方法，对象是不可以直接调用的。但是synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。
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，从逻辑和感觉上，输出的结果应该如下：
Thread-0；count=0 Thread-1；count=0 加入同步控制之后，实际测试输出结果：
Thread-0；count=0 Thread-1；count=1 6、注意事项
- 继承中子类覆盖父类方法，synchronized关键字特性不能继承传递，必须显式声明；
- 构造方法上不能使用synchronized关键字，构造方法中支持同步代码块；
- 接口中方法，抽象方法也不支持synchronized关键字 ；
三、Volatile关键字
1、基本描述
Java内存模型中，为了提升性能，线程会在自己的工作内存中拷贝要访问的变量的副本。这样就会出现同一个变量在某个时刻，在一个线程的环境中的值可能与另外一个线程环境中的值，出现不一致的情况。
使用volatile修饰成员变量，不能修饰方法，即标识该线程在访问这个变量时需要从共享内存中获取，对该变量的修改，也需要同步刷新到共享内存中，保证了变量对所有线程的可见性。
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、注意事项
- 可见性只能确保每次读取的是最新的值，但不支持变量操作的原子性;
- volatile并不会阻塞线程方法，但是同步控制会阻塞；
- Java同步控制的根本：保证并发下资源的原子性和可见性；
四、源代码地址
GitHub·地址 https://github.com/cicadasmile/java-base-parent GitEE·地址 https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent 
