Chapter 3. Data synchronization
在
第二章中介紹了如何創(chuàng)建線程對象、啟動和終止線程。但多線程編程的關(guān)鍵在于多個(gè)線程之間數(shù)據(jù)的共享和同步，從這一章開始，將詳細(xì)介紹線程之間數(shù)據(jù)的共享和同步的各種方法。
3.1 The Synchronized Keywor 1. synchronized是Java中最基本也最常用的用來編寫多線程安全代碼的關(guān)鍵字，用以保護(hù)對多線程共享的數(shù)據(jù)的操作總是完整的；
2.
Atomic: 當(dāng)一個(gè)操作被定義成原子操作時(shí)，意味著該操作在執(zhí)行過程中不會被打斷；原子操作可以由硬件保證或者通過軟件來模擬；
3.
Mutex Lock: 在很多多線程系統(tǒng)，通過互斥鎖來保護(hù)的共享數(shù)據(jù)。Java中的任何一個(gè)對象都有一個(gè)與之相關(guān)的鎖，當(dāng)一個(gè)方法被聲明成synchronized時(shí)，就表示當(dāng)線程進(jìn)入該方法前，必須獲得相應(yīng)對象的鎖，在執(zhí)行完畢再釋放這個(gè)鎖。從而保證同一時(shí)刻只有一個(gè)線程調(diào)用該對象上的被聲明為synchronized的方法。注意：Java的互斥鎖只能加在對象級上，獲得某個(gè)對象的鎖，并不能保證該對象的屬性和其它非synchronized的方法是線程安全的；也不能保證受保護(hù)的方法里調(diào)用的其它對象是多線程安全的，除非任何調(diào)用這些沒有被保護(hù)的方法或者對象只通過受保護(hù)的方法進(jìn)行調(diào)用。所以，編寫線程安全的代碼關(guān)鍵就在于規(guī)劃方法和對象之間的調(diào)用關(guān)系，并盡量采用相同對象的鎖來進(jìn)行同步控制。
3.2 The Volatile Keyword 1. Scope of a Lock: 鎖的作用范圍即獲得和釋放鎖之間的那段時(shí)間。
2. Java標(biāo)準(zhǔn)雖然聲明存取一個(gè)非long和double變量的操作是原子操作，但由于不同虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的差異，在多線程環(huán)境下每個(gè)線程可能會保留自己的工作拷貝，而導(dǎo)致變量的值產(chǎn)生沖突。為了避免這種情況的發(fā)生，可以有兩種方法：
1) 為變量創(chuàng)建聲明為synchronized的setter和getter方法，然后任何調(diào)用（包括在類類部）該變量的地方都通過setter和getter方法；
2) 采用volatile聲明，確保每次存取這些屬性時(shí)都從主內(nèi)存中讀入或者寫入主內(nèi)存中；
3) volatile僅僅用于解決Java內(nèi)存模式導(dǎo)致的問題，只能運(yùn)用在對該變量只做一個(gè)單一裝載或?qū)懭氩僮髑以摲椒ǖ钠渌僮鞑⒉灰蕾囋撟兞康淖兓?。如：在一個(gè)循環(huán)體中作為遞增或遞減變量時(shí)就不能使用volatile來解決線程同步的問題。
3. volatile的使用是有限的，一般而言，僅僅將其作為強(qiáng)制虛擬機(jī)總是從主內(nèi)存讀寫變量的一個(gè)手段，或者某些需要其參數(shù)聲明為volatile的函數(shù)。
3.3 More on Race Conditions 本節(jié)以打字游戲中顯示成績的例子來解釋了可能存在的race condition。關(guān)鍵要注意以下幾點(diǎn)：
1. 操作系統(tǒng)會隨機(jī)的切換多個(gè)線程的運(yùn)行，因此當(dāng)多個(gè)線程調(diào)用同一個(gè)方法時(shí)，可能在
任何地方被暫停而將控制權(quán)交給另外的線程；
2. 為了減少被誤用的可能，總是假設(shè)方法有可能被多個(gè)線程調(diào)用；
3. 鎖僅僅與某個(gè)特定實(shí)例相關(guān)，而與任何方法和類都無關(guān)，這一點(diǎn)當(dāng)需要存取類屬性或方法時(shí)要特別注意；
4. 任何時(shí)候只有一個(gè)線程能夠運(yùn)行某個(gè)類中一個(gè)被聲明為synchronized的靜態(tài)方法；一個(gè)線程只能運(yùn)行某個(gè)特定實(shí)例中一個(gè)被聲明為synchronized的非靜態(tài)方法。
3.4 Explicit Locking 1. 學(xué)過Win32下編寫多線程的朋友剛開始可能會被Java的Synchronized關(guān)鍵詞搞糊涂。因?yàn)镴ava中的任何一個(gè)對象都有一個(gè)與之相關(guān)的鎖，而不象在Win32下要先定義一個(gè)互斥量，然后再調(diào)用一個(gè)函數(shù)進(jìn)入或者離開互斥區(qū)域。在JDK 1.5以后也開始提供這種顯示聲明的鎖。JDK 1.5中定義了一個(gè)Lock接口和一些類，允許程序員顯示的使用鎖對象。
2. 在Lock接口里有兩個(gè)方法：lock()和unlock()用來獲取和釋放鎖對象，從而保證受保護(hù)的代碼區(qū)域是線程安全的。
3. 使用鎖對象的一個(gè)好處在于可以被保存、傳遞和拋棄，以在比較復(fù)雜的多線程應(yīng)用中使用統(tǒng)一的鎖。
在使用鎖對象時(shí)，總是將lock()和unlock()調(diào)用包含在try/finally塊中，以防止運(yùn)行時(shí)異常的拋出而導(dǎo)致死鎖的情況。
3.5 Lock Scope 利用lock()和unlock()方法，我們可以在任何地方使用它們，從一行代碼到跨越多個(gè)方法和對象，這樣就能根據(jù)程序設(shè)計(jì)需要來定義鎖的作用(scope of lock)范圍，而不是象以前局限在對象的層次上。
3.5.1 Synchronized Blocks 1. 利用synchronized關(guān)鍵字也能建立同步塊，而不一定非得同步整個(gè)方法。
2. 同步一段代碼時(shí)，需要明確的指定獲取哪個(gè)對象的鎖(這就類似于鎖對象了)，這樣，就可以在多個(gè)方法或?qū)ο笾泄蚕磉@個(gè)鎖對象。
3.6 Choosing a Locking Mechanism 使用鎖對象還是同步關(guān)鍵字(synchronized)，這個(gè)取決于開發(fā)員自己。使用synchronized比較簡單，但相對而言，比較隱晦，在比較復(fù)雜的情況下(如要同時(shí)同步靜態(tài)和非靜態(tài)方法時(shí))，沒有鎖對象來得直觀和統(tǒng)一。一般而言，synchronized簡單，易于使用；但同時(shí)相對而言效率較低，且不能跨越多個(gè)方法。
3.6.1 The Lock Interface
public interface Lock {
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
void unlock();
Condition newCondition();
}
其中的tryLock()和tryLock(long, TimeUnit)將嘗試獲取鎖對象，如果不能獲取或在指定時(shí)間內(nèi)不能獲取，將立即返回。調(diào)用者可以根據(jù)返回值來判斷是否獲得了鎖對象以做進(jìn)一步的操作。
3.7 Nested Locks 1. 在一個(gè)同步方法內(nèi)調(diào)用同一個(gè)對象上的另外的同步方法的情況，稱之為嵌套鎖(nested locking)。系統(tǒng)將自動執(zhí)行嵌套的同步方法，而無須等待鎖的釋放。因此，有的時(shí)候，即使一些私有方法僅僅被已同步的方法調(diào)用，我們也給其加上synchronized關(guān)鍵字，以減少后續(xù)維護(hù)時(shí)可能產(chǎn)生的誤導(dǎo)。
2. ReenterantLock類也支持嵌套鎖。在ReenterantLock類維持一個(gè)計(jì)數(shù)器，只有當(dāng)這個(gè)計(jì)數(shù)器為0時(shí)，才會釋放鎖。注意：
這個(gè)特性是ReenterantLock類的特性，而不是所有實(shí)現(xiàn)Lock接口的類的特性。 3. 需要支持嵌套鎖的一個(gè)原因是方法之間交叉調(diào)用(cross-calling)。設(shè)想對象a的方法M1調(diào)用對象b的方法N1，然后N1再調(diào)用對象a的方法M2，而M1和M2都是同步方法，如果不支持嵌套鎖，則N1將在調(diào)用M2時(shí)等待M1釋放鎖，而M1則由于N1沒有返回永遠(yuǎn)也不會釋放鎖，這樣就產(chǎn)生了死鎖。
4. synchronized和Lock接口并沒有提供鎖對象被嵌套獲取的次數(shù)，但ReentrantLock則提供了這樣一種機(jī)制：
public class ReentrantLock implements Lock {
public int getHoldCount();
public boolean isLocked();
public boolean isHeldByCurrentThread();
public int getQueueLength();
...
}
其中：
1) getHoldCount()返回當(dāng)前線程的獲取次數(shù)，返回0并不表示該鎖是可獲取的，有可能沒有被當(dāng)前線程獲得；
2) isLocked()判斷該鎖對象是否被任何線程獲得；
3) isHeldByCurrentThread()判斷是否由當(dāng)前線程獲得；
4) getQueueLength()用來估計(jì)當(dāng)前有多少線程在等待獲取這個(gè)鎖對象。
3.8 Deadlock 介紹了死鎖的概念，并修改例子代碼來演示deadlock的產(chǎn)生。死鎖一般產(chǎn)生在多個(gè)線程在多個(gè)鎖上同步時(shí)產(chǎn)生的；當(dāng)然，多個(gè)線程在判斷多個(gè)條件的時(shí)候，也有可能產(chǎn)生死鎖。
3.9 Lock Fairness 1. Java里鎖的獲取機(jī)制依賴于底層多線程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，并不保證一個(gè)特定的順序；
2. ReentrantLock類提供一個(gè)先進(jìn)先出(first-in-first-out)的獲取鎖的選項(xiàng)(在創(chuàng)建鎖對象時(shí)傳入true值)。
文章來源:
http://blog.csdn.net/evanwhj/archive/2006/03/05/616068.aspx