Java线程之线程同步synchronized和volatile详解

上篇通过一个简单的例子说明了线程安全与不安全,在例子中不安全的情况下输出的结果恰好是逐个递增的(其实是巧合,多运行几次,会产生不同的输出结果),为什么会产生这样的结果呢,因为建立的Count对象是线程共享的,一个线程改变了其成员变量num值,下一个线程正巧读到了修改后的num,所以会递增输出。

要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性,可见性和有序性。多个线程之间是不能直接传递数据交互的,它们之间的交互只能通过共享变量来实现。拿上篇博文中的例子来说明,在多个线程之间共享了Count类的一个对象,这个对象是被创建在主内存(堆内存)中,每个线程都有自己的工作内存(线程栈),工作内存存储了主内存Count对象的一个副本,当线程操作Count对象时,首先从主内存复制Count对象到工作内存中,然后执行代码count.count(),改变了num值,最后用工作内存Count刷新主内存Count。当一个对象在多个内存中都存在副本时,如果一个内存修改了共享变量,其它线程也应该能够看到被修改后的值,此为可见性。多个线程执行时,CPU对线程的调度是随机的,我们不知道当前程序被执行到哪步就切换到了下一个线程,一个最经典的例子就是银行汇款问题,一个银行账户存款100,这时一个人从该账户取10元,同时另一个人向该账户汇10元,那么余额应该还是100。那么此时可能发生这种情况,A线程负责取款,B线程负责汇款,A从主内存读到100,B从主内存读到100,A执行减10操作,并将数据刷新到主内存,这时主内存数据100-10=90,而B内存执行加10操作,并将数据刷新到主内存,最后主内存数据100+10=110,显然这是一个严重的问题,我们要保证A线程和B线程有序执行,先取款后汇款或者先汇款后取款,此为有序性。本文讲述了JDK5.0之前传统线程的同步方式,更高级的同步方式可参见Java线程之锁对象Lock-同步问题更完美的处理方式代码实例。

下面同样用代码来展示一下线程同步问题。

TraditionalThreadSynchronized.java:创建两个线程,执行同一个对象的输出方法。

public class TraditionalThreadSynchronized {
	public static void main(String[] args) {
		final Outputter output = new Outputter();
		new Thread() {
			public void run() {
				output.output("zhangsan");
			}
		}.start();
		new Thread() {
			public void run() {
				output.output("lisi");
			}
		}.start();
	}
}
class Outputter {
	public void output(String name) {
		// TODO 为了保证对name的输出不是一个原子操作,这里逐个输出name的每个字符
		for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
			System.out.print(name.charAt(i));
			// Thread.sleep(10);
		}
	}
}

运行结果:

zhlainsigsan 

显然输出的字符串被打乱了,我们期望的输出结果是zhangsanlisi,这就是线程同步问题,我们希望output方法被一个线程完整的执行完之后再切换到下一个线程,Java中使用synchronized保证一段代码在多线程执行时是互斥的,有两种用法:

1. 使用synchronized将需要互斥的代码包含起来,并上一把锁。

{
 synchronized (this) {
  for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
   System.out.print(name.charAt(i));
  }
 }
} 

这把锁必须是需要互斥的多个线程间的共享对象,像下面的代码是没有意义的。

{
 Object lock = new Object();
 synchronized (lock) {
  for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
   System.out.print(name.charAt(i));
  }
 }
} 

每次进入output方法都会创建一个新的lock,这个锁显然每个线程都会创建,没有意义。
2. 将synchronized加在需要互斥的方法上。

public synchronized void output(String name) {
 // TODO 线程输出方法
 for(int i = 0; i < name.length(); i++) {
  System.out.print(name.charAt(i));
 }
} 

这种方式就相当于用this锁住整个方法内的代码块,如果用synchronized加在静态方法上,就相当于用××××.class锁住整个方法内的代码块。使用synchronized在某些情况下会造成死锁,死锁问题以后会说明。使用synchronized修饰的方法或者代码块可以看成是一个原子操作。

每个锁对象(JLS中叫monitor)都有两个队列,一个是就绪队列,一个是阻塞队列,就绪队列存储了将要获得锁的线程,阻塞队列存储了被阻塞的线程,当一个线程被唤醒(notify)后,才会进入到就绪队列,等待CPU的调度,反之,当一个线程被wait后,就会进入阻塞队列,等待下一次被唤醒,这个涉及到线程间的通信,下一篇博文会说明。看我们的例子,当第一个线程执行输出方法时,获得同步锁,执行输出方法,恰好此时第二个线程也要执行输出方法,但发现同步锁没有被释放,第二个线程就会进入就绪队列,等待锁被释放。一个线程执行互斥代码过程如下:

1. 获得同步锁;
2. 清空工作内存;
3. 从主内存拷贝对象副本到工作内存;
4. 执行代码(计算或者输出等);
5. 刷新主内存数据;
6. 释放同步锁。

所以,synchronized既保证了多线程的并发有序性,又保证了多线程的内存可见性。

volatile是第二种Java多线程同步的机制,根据JLS(Java LanguageSpecifications)的说法,一个变量可以被volatile修饰,在这种情况下内存模型(主内存和线程工作内存)确保所有线程可以看到一致的变量值,来看一段代码:

class Test {
 static int i = 0, j = 0;
 static void one() {
  i++;
  j++;
 }
 static void two() {
  System.out.println("i=" + i + " j=" + j);
 }
} 

一些线程执行one方法,另一些线程执行two方法,two方法有可能打印出j比i大的值,按照之前分析的线程执行过程分析一下:

1. 将变量i从主内存拷贝到工作内存;
2. 改变i的值;
3. 刷新主内存数据;
4. 将变量j从主内存拷贝到工作内存;
5. 改变j的值;
6. 刷新主内存数据;

这个时候执行two方法的线程先读取了主存i原来的值又读取了j改变后的值,这就导致了程序的输出不是我们预期的结果,要阻止这种不合理的行为的一种方式是在one方法和two方法前面加上synchronized修饰符:

class Test {
 static int i = 0, j = 0;
 static synchronized void one() {
  i++;
  j++;
 }
 static synchronized void two() {
  System.out.println("i=" + i + " j=" + j);
 }
} 

根据前面的分析,我们可以知道,这时one方法和two方法再也不会并发的执行了,i和j的值在主内存中会一直保持一致,并且two方法输出的也是一致的。另一种同步的机制是在共享变量之前加上volatile:

class Test {
 static volatile int i = 0, j = 0;
 static void one() {
  i++;
  j++;
 }
 static void two() {
  System.out.println("i=" + i + " j=" + j);
 }
} 

one方法和two方法还会并发的去执行,但是加上volatile可以将共享变量i和j的改变直接响应到主内存中,这样保证了主内存中i和j的值一致性,然而在执行two方法时,在two方法获取到i的值和获取到j的值中间的这段时间,one方法也许被执行了好多次,导致j的值会大于i的值。所以volatile可以保证内存可见性,不能保证并发有序性。

没有明白JLS中为什么使用两个变量来阐述volatile的工作原理,这样不是很好理解。volatile是一种弱的同步手段,相对于synchronized来说,某些情况下使用,可能效率更高,因为它不是阻塞的,尤其是读操作时,加与不加貌似没有影响,处理写操作的时候,可能消耗的性能更多些。但是volatile和synchronized性能的比较,我也说不太准,多线程本身就是比较玄的东西,依赖于CPU时间分片的调度,JVM更玄,还没有研究过虚拟机,从顶层往底层看往往是比较难看透的。在JDK5.0之前,如果没有参透volatile的使用场景,还是不要使用了,尽量用synchronized来处理同步问题,线程阻塞这玩意简单粗暴。另外volatile和final不能同时修饰一个字段,可以想想为什么。

总结

以上就是本文关于Java线程之线程同步synchronized和volatile详解的全部内容,希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站:java多线程编程实例、创建并运行一个java线程方法介绍、详解java各种集合的线程安全等,有什么问题可以随时留言,小编会及时回复大家的。感谢朋友们对本站的支持!

(0)

相关推荐

  • java中volatile和synchronized的区别与联系

    java中volatile和synchronized的区别与联系 这个可能是最好的对比volatile和synchronized作用的文章了.volatile是一个变量修饰符,而synchronized是一个方法或块的修饰符.所以我们使用这两种关键字来指定三种简单的存取变量的方式 int i1; int geti1() {return i1;} volatile int i2; int geti2() {return i2;} int i3; synchronized int geti3() {

  • java多线程中的volatile和synchronized用法分析

    本文实例分析了java多线程中的volatile和synchronized用法.分享给大家供大家参考.具体实现方法如下: 复制代码 代码如下: package com.chzhao; public class Volatiletest extends Thread { private static int count = 0; public void run() {         count++;     } public static void main(String[] args) {  

  • 详解java并发编程(2) --Synchronized与Volatile区别

    1 Synchronized 在多线程并发中synchronized一直是元老级别的角色.利用synchronized来实现同步具体有一下三种表现形式: 对于普通的同步方法,锁是当前实例对象. 对于静态同步方法,锁是当前类的class对象. 对于同步方法块,锁是synchronized括号里配置的对象. 当一个代码,方法或者类被synchronized修饰以后.当一个线程试图访问同步代码块的时候,它首先必须得到锁,退出或抛出异常的时候必须释放锁.那么这样做有什么好处呢? 它主要确保多个线程在同一

  • Java关键字volatile和synchronized作用和区别

    volatile是变量修饰符,而synchronized则是作用于一段代码或方法:如下三句get代码: int i1; int geti1() {return i1;} volatile int i2; int geti2() {return i2;} int i3; synchronized int geti3() {return i3;} geti1() 得到存储在当前线程中i1的数值.多个线程有多个i1变量拷贝,而且这些i1之间可以相互不同.换句话说,另一个线程可能已经改变了它线程内的i1

  • Java线程之线程同步synchronized和volatile详解

    上篇通过一个简单的例子说明了线程安全与不安全,在例子中不安全的情况下输出的结果恰好是逐个递增的(其实是巧合,多运行几次,会产生不同的输出结果),为什么会产生这样的结果呢,因为建立的Count对象是线程共享的,一个线程改变了其成员变量num值,下一个线程正巧读到了修改后的num,所以会递增输出. 要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性,可见性和有序性.多个线程之间是不能直接传递数据交互的,它们之间的交互只能通过共享变量来实现.拿上篇博文中的例子来说明,在多个线程之间共享了Count类的

  • java 线程公平锁与非公平锁详解及实例代码

    java 线程公平锁与非公平锁详解 在ReentrantLock中很明显可以看到其中同步包括两种,分别是公平的FairSync和非公平的NonfairSync.公平锁的作用就是严格按照线程启动的顺序来执行的,不允许其他线程插队执行的:而非公平锁是允许插队的. 默认情况下ReentrantLock是通过非公平锁来进行同步的,包括synchronized关键字都是如此,因为这样性能会更好.因为从线程进入了RUNNABLE状态,可以执行开始,到实际线程执行是要比较久的时间的.而且,在一个锁释放之后,其

  • java线程中start和run的区别详解

    这篇文章主要介绍了java线程中start和run的区别详解,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 public class Test1 extends Thread { @Override public void run() { while (true) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); } } public static void main(String[

  • Java Synchronized的使用详解

    1.为什么要使用synchronized 在并发编程中存在线程安全问题,主要原因有:1.存在共享数据 2.多线程共同操作共享数据.关键字synchronized可以保证在同一时刻,只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块,同时synchronized可以保证一个线程的变化可见(可见性),即可以代替volatile. 2.实现原理 synchronized可以保证方法或者代码块在运行时,同一时刻只有一个方法可以进入到临界区,同时它还可以保证共享变量的内存可见性 3.synchronized的三种应

  • java 多线程与并发之volatile详解分析

    目录 CPU.内存.缓存的关系 CPU缓存 什么是CPU缓存 为什么要有多级CPU Cache Java内存模型(Java Memory Model,JMM) JMM导致的并发安全问题 可见性 原子性 有序性 volatile volatile特性 volatile 的实现原理 总结 CPU.内存.缓存的关系 要理解JMM,要先从计算机底层开始,下面是一份大佬的研究报告 计算机在做一些我们平时的基本操作时,需要的响应时间是不一样的!如果我们计算一次a+b所需要的的时间: CPU读取内存获得a,1

  • Java基础面试题之volatile详解

    目录 1.volatile保证可见性 1.1.什么是JMM模型? 1.2.volatile保证可见性的代码验证 1.2.1.无可见性代码验证 1.2.1.volatile保证可见性验证 2.volatile不保证原子性 2.1 什么是原子性? 2.2 不保证原子性的代码验证 2.3 volatile不保证原子性的解决方法 2.3.1 方法1:使用synchronized 2.3.2 方法1:使用JUC包下的AtomicInteger 3.volatile禁止指令重排 3.1 什么是指令重排? 3

  • Java中synchronized实现原理详解

    记得刚刚开始学习Java的时候,一遇到多线程情况就是synchronized,相对于当时的我们来说synchronized是这么的神奇而又强大,那个时候我们赋予它一个名字"同步",也成为了我们解决多线程情况的百试不爽的良药.但是,随着我们学习的进行我们知道synchronized是一个重量级锁,相对于Lock,它会显得那么笨重,以至于我们认为它不是那么的高效而慢慢摒弃它. 诚然,随着Javs SE 1.6对synchronized进行的各种优化后,synchronized并不会显得那么

  • Java中的关键字volatile详解

    volatile关键字经常用来修饰变量.不过,volatile本身很容易被误用.本篇就介绍一下volatile的原理和使用方式. 在介绍volatile关键字原理前,我们首先要了解JVM运行时的内存分配逻辑. 对于成员变量i,它存储在堆内存中.每个线程在运行时都会有一个自己的线程栈,线程如果要访问类的成员变量i,会通过引用获取到堆中变量i实际的值10,然后把这个变量值拷贝到自己的栈内存中,作为一个变量副本,之后线程便不再会与堆中的变量有实际联系.每个线程都有一个自己的本地副本,相互隔离.线程访问

  • JDK源码之线程并发协调神器CountDownLatch和CyclicBarrier详解

    目录 引言 CountDownLatch 使用场景 底层实现原理 初始化 计数器递减 阻塞线程 CyclicBarrier 使用场景 底层实现原理 初始化 阻塞等待 总结 引言 那么在程序的世界中是如何对这种协调关系进行描述的呢?今天就和大家聊聊Java大神Doug Lea在并发包中如何通过CountDownLatch和CyclicBarrier实现任务协调的代码描述. CountDownLatch 我相信大家都知道好代码的一个重要特性就是代码中类.变量等的命名可以做到顾名思义,也就是说看到命名

  • Java多线程同步工具类CountDownLatch详解

    目录 简介 核心方法 CountDownLatch如何使用 CountDownLatch运行流程 运用场景 总结 简介 CountDownLatch是一个多线程同步工具类,在多线程环境中它允许多个线程处于等待状态,直到前面的线程执行结束.从类名上看CountDown既是数量递减的意思,我们可以把它理解为计数器. 核心方法 countDown():计数器递减方法. await():使调用此方法的线程进入等待状态,直到计数器计数为0时主线程才会被唤醒. await(long, TimeUnit):在

随机推荐