Java並發編程(03)：多執行緒並發訪問，同步控制
- 2020 年 3 月 29 日
- 筆記
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一、並發問題
多執行緒學習的時候，要面對的第一個複雜問題就是，併發模式下變數的訪問，如果不理清楚內在流程和原因，經常會出現這樣一個問題：執行緒處理後的變數值不是自己想要的，可能還會一臉懵的說：這不合邏輯吧？
1、成員變數訪問
多個執行緒訪問類的成員變數，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(); } } } 這裡案例的流程就是並發下運算一個成員變數，程式的本意是：var=50，得到num=50,可輸出的實際結果是：
var=10;num=60 var=50;num=60 VarThread01A執行緒處理中進入休眠，休眠時num已經被執行緒VarThread01B進行一次加10的運算，這就是多執行緒並發訪問導致的結果。
2、方法私有變數
修改上述的程式碼邏輯，把num變數置於方法內，作為私有的方法變數。
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(); } } } 方法內部的變數是私有的，且和當前執行方法的執行緒綁定，不會存在執行緒間干擾問題。
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，保證多個執行緒並發下，同一時刻只有一個執行緒進入方法中，或者同步程式碼塊中，從而使執行緒安全的訪問和處理變數。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，只有一個執行緒執行，阻塞其他執行緒，如果並發高，處理耗時長，會導致多個執行緒掛起，等待持有鎖的執行緒釋放鎖。
2、修飾方法
這個案例和第一個案例原理上是一樣的，不過這裡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，這個現象俗稱臟讀。
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); } } 在執行緒中，邏輯上已經修改了，只是沒執行到，但是在main執行緒中讀取的value毫無意義,需要在讀取方法上也加入同步的執行緒控制。
3、同步控制邏輯
同步控制實現是基於Object的監視器。
- 執行緒對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 ；
- 其他執行緒會掉進同步隊列，執行緒狀態變為阻塞 ；
- 等Object的持有執行緒釋放鎖，會喚醒隊列中等待的執行緒，嘗試重啟獲取對象監視器；
4、修飾程式碼塊
說明一點，程式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。同步程式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() ; } } 這裡就是鎖定count處理這個動作的核心程式碼邏輯，不允許並發處理。
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=1 6、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，構造方法中支援同步程式碼塊；
- 介面中方法，抽象方法也不支援synchronized關鍵字 ；
三、Volatile關鍵字
1、基本描述
Java記憶體模型中，為了提升性能，執行緒會在自己的工作記憶體中拷貝要訪問的變數的副本。這樣就會出現同一個變數在某個時刻，在一個執行緒的環境中的值可能與另外一個執行緒環境中的值，出現不一致的情況。
使用volatile修飾成員變數，不能修飾方法，即標識該執行緒在訪問這個變數時需要從共享記憶體中獲取，對該變數的修改，也需要同步刷新到共享記憶體中，保證了變數對所有執行緒的可見性。
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，但不支援變數操作的原子性;
- volatile並不會阻塞執行緒方法，但是同步控制會阻塞；
- Java同步控制的根本：保證並發下資源的原子性和可見性；
四、源程式碼地址
GitHub·地址 https://github.com/cicadasmile/java-base-parent GitEE·地址 https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent 
