Java多线程与并发

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1. volatitle

volatitle对共享变量进行同步。在写入volatitle变量值之后,CPU缓存中的内容会被协会主存,再读取volatitle变量值时,缓存值为失效状态,然后重新从主存读取已改变过的值。

2. synchronized 关键字

所有的Java对象都有一个与之关联的监视器对象,允许在该监视器上进行加锁和解锁

这里一定要理解清楚,我们加锁的是监视器对象,而不是代码code

  • synchronized静态方法 监视器对象是所在Java类对应的Class
  • synchronized实例对象方法 监视器对象是当前对象实例
  • synchronized代码块 代码块声明中的对象

2.1 synchronized方法

2.1.1. synchronized关键字的继承性

synchronized关键字是不能继承的,父类的 synchronized方法在子类中并不是synchronized,子类需要显式地为某个方法加synchronized,以变成同步方法

2.1.2. synchronized实例对象方法

synchronized method(){}的监视器对象是这个实例对象,加锁的对象不是这个方法,而是实例对象

public class Foo
{
    /**
     * 加锁的监视器对象是class Foo 的  实例对象   Foo foo = new Foo()后的foo
     * 而不是这个方法mothodA
     */
      public synchronized void mothodA()
      {}

      public synchronized void mothodB()
      {}
}
  1. 有多个线程去访问 foo.mothodA() 时,同时只有一个线程能访问foomothodA()方法
  2. 一个类的实例对象有多个synchronized的方法时,只要一个线程访问了其中一个synchronized方法,其它线程就不能访问这个对象中的任何一个synchronized方法
  3. 不同实例对象间的synchronized方法调用时互不影响的
Foo foo1 = new Foo();
Foo foo2 = new Foo();

不同的线程分别访问foo1foo2中的synchronized mothodA()方法是互不影响的,因为它们的监视器对象分别是foo1foo2,同一个监视器对象才会阻塞同步

2.1.3 synchronized static 静态方法

synchronized static staticMethodA()的监视器对象是Foo.class类,所有访问这个类的静态同步方法的线程,都在同一个 Foo.class上加锁和解锁,所以对所有线程中的类实例对象的同步起作用。

class Foo 
{
   public synchronized static methodA();
   public synchronized static staticMethodA();
}

一个线程里调用了Foo.staticMethodA(),会对其它线程调用foo.methodA()造成同步

2.2 synchronized代码块

  1. 多个并发线程访问一个对象的synchronized(this)同步代码块时,同一时间只有一个线程执行
  2. 当一个线程访问一个对象的synchronized(this)同步代码块时,其它线程仍然可以访问这个对象的非synchronized(this)代码块,而对对象中其它所有的synchronized(this)同步代码块的访问都将被阻塞
class Foo 
{
    public void methodA()
    {
         /**
           * 加锁对象是 实例对象  
           * this 关键字代表实例对象本身
           */
          synchronized (this) {
          }
    }
}
public class Foo extends Thread
{
    private int val;
        //全局
    private static Object lock = new Object();

    public Foo(int v)
    {
        val = v;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        printVal(val);
    }

    public void printVal(int v)
    {
        synchronized (lock)
        {
            while(true)
                System.out.println(v);
        }
    }
}

3. Object类的wait、notify、notifyAll

/**
 * 以以下代码顺序执行的方式就能确保异步执行的过程正确的获取到looper,
 * 当前线程里调用 new Worker(),如果looper还未创建调用线程就陷入wait状
 * 态,构造函数里启动另一线程,创建looper后会唤醒new Worker()的调用线
 * 程,这时new Worker()才执行完,接着执行下面的getLooper()就能正常获取
 * <pre>
 * mAlbumArtWorker = new Worker("album art worker");
 * mAlbumArtHandler = new AlbumArtHandler(mAlbumArtWorker.getLooper());
 * </pre>
 */
public class Worker implements Runnable
{
    private final Object mLock = new Object();
    private Looper mLooper;

    Worker(String name)
    {
        //调用线程里构造函数启动另一个线程
        Thread t = new Thread(null,this,name);
        t.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY);
        t.start();
        synchronized (mLock)
        {
            //如果当前looper对象未创建
            while(mLooper == null)
            {
                try
                {
                    //调用构造函数的线程wait,并释放监视对象mLock持有的锁
                    mLock.wait();
                } catch (InterruptedException ex)
                {}
            }
        }
    }

    public Looper getLooper()
    {
        return mLooper;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        //对检视对象mLock加锁
        synchronized (mLock)
        {
            Looper.prepare();
            mLooper = Looper.myLooper();

            //唤醒监视对象mLock上等待的所有线程,如果调用构造函数的线程在wait状态,将被唤醒
            mLock.notifyAll();
        }
        Looper.loop();
    }

    public void quit()
    {
        mLooper.quit();
    }
}

4.高级实用工具

4.1 java.util.concurrent.locks中的API

锁可在对象之间传递,因此使用更灵活

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4.2 java.util.concurrent.Semaphore信号量

可以创建一个new Semaphore(0)零个许可的信号量作为一个阻塞点,另一个工作线程处理完一定的工作后release()释放一个许可出来,让前面阻塞的线程继续执行

4.3 java.util.concurrent.CountDownLatch倒数闸门

4.4 java.util.concurrent.CyclicBarrier循环屏障

4.5 java.util.concurrent.Exchanger<V>对象交换器

适用于两个线程需要交换数据的场景。

  1. 只能有2个线程交换数据
  2. exchange是交换点,另一线程未到达则本线程在此等待
  3. 各自线程exchange函数的返回值是另一线程exchange的参数值
public class FillAndEmpty
{
    Exchanger<DataBuffer> exchanger = new Exchanger<DataBuffer>();
    DataBuffer initialEmptyBuffer = ... a made-up type
    DataBuffer initialFullBuffer = ...

    class FillingLoop implements Runnable
    {
        public void run()
        {
            //生成一个empty 的空缓冲区
            DataBuffer currentBuffer = initialEmptyBuffer;
            try {
                while (currentBuffer != null) {
                    //向空缓冲区填充数据
                    addToBuffer(currentBuffer);
                    if (currentBuffer.isFull())
                    {
                        /**
                         * 1.到达交换点,如果另一个线程还没有到exchanger.exchange交换点,则在此阻塞等待
                         * 2.这里exchanger.exchange  返回的数据,就是另一线程到达exchanger.exchange(dataA)时
                         *   传递的dataA,并把自己exchanger.exchange(dataB)传递的dataB传递给另一线程的exchanger.exchange
                         *   作为返回值
                         */
                        currentBuffer = exchanger.exchange(currentBuffer);

                        //另一线程到达exchanger.exchange后,彼此线程安全的交换数据exchanger.exchange()函数返回后继续执行
                    }
                }
            } catch (InterruptedException ex) { ...handle ...}
        }
    }

    class EmptyingLoop implements Runnable
    {
        public void run()
        {
            DataBuffer currentBuffer = initialFullBuffer;
            try {
                while (currentBuffer != null) {
                    takeFromBuffer(currentBuffer);
                    //缓冲区数据是空的
                    if (currentBuffer.isEmpty())
                    {
                        /**
                         * 1.进入交换点,如果填充线程未到达交换点,则再次阻塞,等待填充线程到达时继续执行
                         * 2.exchanger.exchange(currentBuffer) 把自己空的缓冲区作为参数传递给填充线程,填充
                         * 线程exchanger.exchange的返回值就是本线程(exchanger.exchange(dataA)传递的dataA,
                         * 本线程exchanger.exchange的返回值时另一线程exchanger.exchange(dataB)传递的参数dataB
                         */
                        currentBuffer = exchanger.exchange(currentBuffer);
                    }
                }
            } catch (InterruptedException ex) { ...handle ...}
        }
    }

    void start()
    {
        new Thread(new FillingLoop()).start();
        new Thread(new EmptyingLoop()).start();
    }
}

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