Java高并发编程 | 学习笔记（二）

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高并发编程，从基础到入门
1.7 写方法和读方法的加锁选择问题

下面代码中：存在一个 Account 对象（属性有名称和余额），下面代码中存在的注释暂时忽略不计：set() 方法是同步的，getBalance() 方法不是同步的。

main方法启动的时候，先启动了个线程，设置账户名和余额，主线程会两次读取账户余额，可能看到的设置余额和读取余额是一致的，但是当 Account 类的 run() 方法中增加线程睡眠，以增大线程阻塞问题，就会出现设置账户名称之后，还没设置账户余额的时候，其他线程就读取到了账户余额，因此导致脏读的问题，在金融业务中，脏读很有必要避免的。

避免线程脏读问题就需要对读操作也进行加锁。

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/**
 * 对业务写方法加锁
 * 对业务读方法不加锁
 * 容易产生脏读问题（dirtyRead）
 */

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Account {
	String name;
	double balance;
	
	public synchronized void set(String name, double balance) {
		this.name = name;
		/*
		try {
			Thread.sleep(2000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		*/
		
		this.balance = balance;
	}
	
	public /*synchronized*/ double getBalance(String name) {
		return this.balance;
	}
	
	
	public static void main(String[] args) {
		Account a = new Account();
		new Thread(()->a.set("zhangsan", 100.0)).start();
		
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		System.out.println(a.getBalance("zhangsan"));
		
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		System.out.println(a.getBalance("zhangsan"));
	}
}
1.8 synchronized 是重入锁

下面代码中：m1() 和 m2() 方法都加了 synchronized 锁，两个锁的对象都是this，那么当一个线程已经运行 m1() 方法之时，在 m1() 方法中调用了 m2() 方法，且这个 m2() 方法也是加了锁的，是否可以调用这个 m2() 方法运行，答案是可以的，synchronized 会有计数器进行计数，表示重入了几次。

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/**
 * 一个同步方法可以调用另外一个同步方法，一个线程已经拥有某个对象的锁，再次申请的时候仍然会得到该对象的锁.
 * 也就是说synchronized获得的锁是可重入的
 *
 */

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
	synchronized void m1() {
		System.out.println("m1 start");
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		m2();
	}
	
	synchronized void m2() {
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("m2");
	}
}

在子类和父类之间，也是可以 synchronized 重入。

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/**
 * 一个同步方法可以调用另外一个同步方法，一个线程已经拥有某个对象的锁，再次申请的时候仍然会得到该对象的锁.
 * 也就是说synchronized获得的锁是可重入的
 * 这里是继承中有可能发生的情形，子类调用父类的同步方法
 * 
 */
package yxxy.c_010;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
	synchronized void m() {
		System.out.println("m start");
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("m end");
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		new TT().m();
	}
	
}

class TT extends T {
	@Override
	synchronized void m() {
		System.out.println("child m start");
		super.m();
		System.out.println("child m end");
	}
}
1.9 synchronized遇到抛出异常的时候会释放锁

程序在执行过程中，如果出现异常，默认情况锁会被释放，所以，在并发处理的过程中，有异常要多加小心，不然可能会发生不一致的情况。代码中，当 count 子增到 5 的时候会因为算术计算异常导致锁被释放，那么当前线程只执行了一半操作，另一半未操作的资源会被其他线程抢去操作，造成线程同步问题。

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/**
 * 程序在执行过程中，如果出现异常，默认情况锁会被释放
 * 所以，在并发处理的过程中，有异常要多加小心，不然可能会发生不一致的情况。
 * 比如，在一个web app处理过程中，多个servlet线程共同访问同一个资源，这时如果异常处理不合适，
 * 在第一个线程中抛出异常，其他线程就会进入同步代码区，有可能会访问到异常产生时的数据。
 * 因此要非常小心的处理同步业务逻辑中的异常
 * 
 */
public class T {
	int count = 0;
	synchronized void m() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start");
		while(true) {
			count ++;
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
			try {
				TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
				
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			
			if(count == 5) {
				int i = 1/0; //此处抛出异常，锁将被释放，要想不被释放，可以在这里进行catch，然后让循环继续
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		T t = new T();
		Runnable r = new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				t.m();
			}
			
		};
		new Thread(r, "t1").start();
		
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		new Thread(r, "t2").start();
	}
}
1.10 volatile 保证线程的可见性
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/**
 * volatile 关键字，使一个变量在多个线程间可见
 * A B线程都用到一个变量，java默认是A线程中保留一份copy，这样如果B线程修改了该变量，则A线程未必知道
 * 使用volatile关键字，会让所有线程都会读到变量的修改值
 * 
 * 在下面的代码中，running是存在于堆内存的t对象中
 * 当线程t1开始运行的时候，会把running值从内存中读到t1线程的工作区，在运行过程中直接使用这个copy，并不会每次都去
 * 读取堆内存，这样，当主线程修改running的值之后，t1线程感知不到，所以不会停止运行
 * 
 * 使用volatile，将会强制所有线程都去堆内存中读取running的值
 * 
 * 可以阅读这篇文章进行更深入的理解
 * http://www.cnblogs.com/nexiyi/p/java_memory_model_and_thread.html
 * 
 * volatile并不能保证多个线程共同修改running变量时所带来的不一致问题，也就是说volatile不能替代synchronized
 * 
 */
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
	/*volatile*/ boolean running = true; //对比一下有无volatile的情况下，整个程序运行结果的区别
	void m() {
		System.out.println("m start");
		while(running) {
			/*
			try {
				TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}*/
		}
		System.out.println("m end!");
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		T t = new T();
		
		new Thread(t::m, "t1").start();
		
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
		t.running = false;
	}	
}

注意：volatile 并不能保证原子性

十个线程在自增的时候，当自增完了就会刷新到主内存，当其他线程要拿的时候会更新，但是拿完之后，刚要自增操作的时候，CPU 资源被其他线程抢占，因此别的线程都自增成很大的数值，而此线程再抢到 CPU 资源执行自增的时候，还是之前的小数值自增，因此下面代码中的每个线程自增一万，十个线程执行之后，最终的 count 应该是十万，当时结果很差强人意。

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/**
 * volatile并不能保证多个线程共同修改running变量时所带来的不一致问题，也就是说volatile不能替代synchronized
 * 运行下面的程序，并分析结果
 * 
 */
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class T {
	volatile int count = 0; 
	void m() {
		for(int i=0; i<10000; i++) count++;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		T t = new T();
		
		List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();
		
		for(int i=0; i<10; i++) {
			threads.add(new Thread(t::m, "thread-"+i));
		}
		
		threads.forEach((o)->o.start());
		
		threads.forEach((o)->{
			try {
				o.join();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		});
		
		System.out.println(t.count);	
	}	
}

使用带有原子性操作的对象，下面代码中的 AtomicInteger在自增时候就是原子操作，因此可以保证一致性问题。

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/**
 * 解决同样的问题的更高效的方法，使用AtomXXX类
 * AtomXXX类本身方法都是原子性的，但不能保证多个方法连续调用是原子性的
 * 
 */
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;


public class T {
	/*volatile*/ //int count = 0;
	
	AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); 

	/*synchronized*/ void m() { 
		for (int i = 0; i < 10000; i++)
			//if count.get() < 1000
			count.incrementAndGet(); //count++
	}

	public static void main(String[] args) {
		T t = new T();

		List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			threads.add(new Thread(t::m, "thread-" + i));
		}

		threads.forEach((o) -> o.start());

		threads.forEach((o) -> {
			try {
				o.join();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		});

		System.out.println(t.count);
	}
}
1.11 synchronized 优化（粗细锁）

下面代码中，由于 synchronized 锁的范围不同，会导致程序执行效率的不同，越精细的锁越高效。

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/**
 * synchronized优化
 * 同步代码块中的语句越少越好
 * 比较m1和m2
 * 
 */
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
	
	int count = 0;

	synchronized void m1() {
		//do sth need not sync
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		//业务逻辑中只有下面这句需要sync，这时不应该给整个方法上锁
		count ++;
		
		//do sth need not sync
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	void m2() {
		//do sth need not sync
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		//业务逻辑中只有下面这句需要sync，这时不应该给整个方法上锁
		//采用细粒度的锁，可以使线程争用时间变短，从而提高效率
		synchronized(this) {
			count ++;
		}
		//do sth need not sync
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}
1.12 到底锁的是什么（锁定堆中的对象）

下面代码中，m() 方法是一个死循环，当第一个线程拿到锁的时候，按理来说，一定是不会释放锁的，因为这个线程就是个无限死循环执行代码，而当锁对象发生改变，会造成锁定要锁的对象被释放掉了。

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/**
 * 锁定某对象o，如果o的属性发生改变，不影响锁的使用
 * 但是如果o变成另外一个对象，则锁定的对象发生改变
 * 应该避免将锁定对象的引用变成另外的对象
 * 
 */

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
	
	Object o = new Object();

	void m() {
		synchronized(o) {
			while(true) {
				try {
					TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println(Thread.currentThread().getName());
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		T t = new T();
		//启动第一个线程
		new Thread(t::m, "t1").start();
		
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		//创建第二个线程
		Thread t2 = new Thread(t::m, "t2");
		
		t.o = new Object(); //锁对象发生改变，所以t2线程得以执行，如果注释掉这句话，线程2将永远得不到执行机会
		
		t2.start();	
	}
}
updated updated 2024-01-05 2024-01-05
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本文标题:Java高并发编程 | 学习笔记（二）

本文作者:

微信公号:木鲸鱼 | woodwhales

原始链接:https://woodwhales.cn/2019/02/14/023/

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