Java同步關鍵詞解釋

        在多個線程同時操作一個成員變量的時候，會出現(xiàn)多線程的安全問題，也就是某幾個線程得到的變量在同一時間是相同的，導致計算的不準確。

        針對多線程安全問題的原因，我們需要給出相應的處理方案，針對CPU的切換，由操作系統(tǒng)去控制，而我們認為是無法干預。因此這個問題解決不了。所以要解決安全問題，可以認為的控制CPU在執(zhí)行某個線程操作共享數(shù)據(jù)的時候，不讓其他線程進入到操作共享數(shù)據(jù)的代碼中去，這樣就可以保證安全。

        上述的這個解決方案：稱為線程的同步。

        要想保證線程的安全：需要在操作共享數(shù)據(jù)的地方，加上線程的同步。

        加同步格式：

                synchronized( 需要一個任意的對象（鎖） ){

                        代碼塊中放操作共享數(shù)據(jù)的代碼。

                }

        上述的格式稱為多線程中的同步代碼塊。

        同步代碼塊上的鎖，可以是隨便任意的一個對象。

一.synchronized的缺陷

　　synchronized是java中的一個關鍵字，也就是說是Java語言內(nèi)置的特性。那么為什么會出現(xiàn)Lock呢？

        如果一個代碼塊被synchronized修飾了，當一個線程獲取了對應的鎖，并執(zhí)行該代碼塊時，其他線程便只能一直等待，等待獲取鎖的線程釋放鎖，而這里獲取鎖的線程釋放鎖只會有兩種情況：

　　1）獲取鎖的線程執(zhí)行完了該代碼塊，然后線程釋放對鎖的占有；

　　2）線程執(zhí)行發(fā)生異常，此時JVM會讓線程自動釋放鎖。

　　那么如果這個獲取鎖的線程由于要等待IO或者其他原因（比如調用sleep方法）被阻塞了，但是又沒有釋放鎖，其他線程便只能干巴巴地等待，試想一下，這多么影響程序執(zhí)行效率。

　　因此就需要有一種機制可以不讓等待的線程一直無期限地等待下去（比如只等待一定的時間或者能夠響應中斷），通過Lock就可以辦到。

再舉個例子：當有多個線程讀寫文件時，讀操作和寫操作會發(fā)生沖突現(xiàn)象，寫操作和寫操作會發(fā)生沖突現(xiàn)象，但是讀操作和讀操作不會發(fā)生沖突現(xiàn)象。

　　但是采用synchronized關鍵字來實現(xiàn)同步的話，就會導致一個問題：

　　如果多個線程都只是進行讀操作，所以當一個線程在進行讀操作時，其他線程只能等待無法進行讀操作。

　　因此就需要一種機制來使得多個線程都只是進行讀操作時，線程之間不會發(fā)生沖突，通過Lock就可以辦到。

　　另外，通過Lock可以知道線程有沒有成功獲取到鎖。這個是synchronized無法辦到的。

　　總的來說，也就是說Lock提供了比synchronized更多的功能。但是要注意以下幾點：

　　1）Lock不是Java語言內(nèi)置的，synchronized是Java語言的關鍵字，因此是內(nèi)置特性。Lock是一個類，通過這個類可以實現(xiàn)同步訪問；

　　2）Lock和synchronized有一點非常大的不同，采用synchronized不需要用戶去手動釋放鎖，當synchronized方法或者synchronized代碼塊執(zhí)行完之后，系統(tǒng)會自動讓線程釋放對鎖的占用；而Lock則必須要用戶去手動釋放鎖，如果沒有主動釋放鎖，就有可能導致出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。

二.java.util.concurrent.locks包下常用的類

　　下面我們就來探討一下java.util.concurrent.locks包中常用的類和接口。

　　1.Lock

　　首先要說明的就是Lock，通過查看Lock的源碼可知，Lock是一個接口：

public interface Lock {

    void lock();

    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

    boolean tryLock();

    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    void unlock();

    Condition newCondition();

}

　　下面來逐個講述Lock接口中每個方法的使用，lock()、tryLock()、tryLock(long time, TimeUnit unit)和lockInterruptibly()是用來獲取鎖的。unLock()方法是用來釋放鎖的。newCondition()這個方法暫且不在此講述，會在后面的線程協(xié)作一文中講述。

　　在Lock中聲明了四個方法來獲取鎖，那么這四個方法有何區(qū)別呢？

　　首先lock()方法是平常使用得最多的一個方法，就是用來獲取鎖。如果鎖已被其他線程獲取，則進行等待。

　　由于在前面講到如果采用Lock，必須主動去釋放鎖，并且在發(fā)生異常時，不會自動釋放鎖。因此一般來說，使用Lock必須在try{}catch{}塊中進行，并且將釋放鎖的操作放在finally塊中進行，以保證鎖一定被被釋放，防止死鎖的發(fā)生。通常使用Lock來進行同步的話，是以下面這種形式去使用的：

Lock lock = ...;

lock.lock();

try{

    //處理任務

}catch(Exception ex){

}finally{

    lock.unlock();   //釋放鎖

}

　　tryLock()方法是有返回值的，它表示用來嘗試獲取鎖，如果獲取成功，則返回true，如果獲取失敗（即鎖已被其他線程獲?。瑒t返回false，也就說這個方法無論如何都會立即返回。在拿不到鎖時不會一直在那等待。

　　tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是類似的，只不過區(qū)別在于這個方法在拿不到鎖時會等待一定的時間，在時間期限之內(nèi)如果還拿不到鎖，就返回false。如果如果一開始拿到鎖或者在等待期間內(nèi)拿到了鎖，則返回true。

所以，一般情況下通過tryLock來獲取鎖時是這樣使用的：

Lock lock = ...;

if(lock.tryLock()) {

     try{

         //處理任務

     }catch(Exception ex){

     }finally{

         lock.unlock();   //釋放鎖

     }

}else {

    //如果不能獲取鎖，則直接做其他事情

}

　　lockInterruptibly()方法比較特殊，當通過這個方法去獲取鎖時，如果線程正在等待獲取鎖，則這個線程能夠響應中斷，即中斷線程的等待狀態(tài)。也就使說，當兩個線程同時通過lock.lockInterruptibly()想獲取某個鎖時，假若此時線程A獲取到了鎖，而線程B只有在等待，那么對線程B調用threadB.interrupt()方法能夠中斷線程B的等待過程。

　　由于lockInterruptibly()的聲明中拋出了異常，所以lock.lockInterruptibly()必須放在try塊中或者在調用lockInterruptibly()的方法外聲明拋出InterruptedException。

　　因此lockInterruptibly()一般的使用形式如下：

public void method() throws InterruptedException {

    lock.lockInterruptibly();

    try {  

     //.....

    }

    finally {

        lock.unlock();

    }  

}

　　注意，當一個線程獲取了鎖之后，是不會被interrupt()方法中斷的。因為本身在前面的文章中講過單獨調用interrupt()方法不能中斷正在運行過程中的線程，只能中斷阻塞過程中的線程。

　　因此當通過lockInterruptibly()方法獲取某個鎖時，如果不能獲取到，只有進行等待的情況下，是可以響應中斷的。

　　而用synchronized修飾的話，當一個線程處于等待某個鎖的狀態(tài)，是無法被中斷的，只有一直等待下去。

　　2.ReentrantLock

　　ReentrantLock，意思是“可重入鎖”，關于可重入鎖的概念在下一節(jié)講述。ReentrantLock是唯一實現(xiàn)了Lock接口的類，并且ReentrantLock提供了更多的方法。下面通過一些實例看具體看一下如何使用ReentrantLock。

　　例子1，lock()的正確使用方法

public class Test {

    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

    public static void main(String[] args)  {

        final Test test = new Test();

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

        new Thread(){

            public void run() {

                test.insert(Thread.currentThread());

            };

        }.start();

    }  

    public void insert(Thread thread) {

        Lock lock = new ReentrantLock();    //注意這個地方

        lock.lock();

        try {

            System.out.println(thread.getName()+"得到了鎖");

            for(int i=0;i<5;i++) {

                arrayList.add(i);

            }

        } catch (Exception e) {

            // TODO: handle exception

        }finally {

            System.out.println(thread.getName()+"釋放了鎖");

            lock.unlock();

        }

    }

}

輸出結果是：

Thread-0得到了鎖

Thread-1得到了鎖

Thread-0釋放了鎖

Thread-1釋放了鎖

　　也許有同學會問，怎么會輸出這個結果？第二個線程怎么會在第一個線程釋放鎖之前得到了鎖？原因在于，在insert方法中的lock變量是局部變量，每個線程執(zhí)行該方法時都會保存一個副本，那么理所當然每個線程執(zhí)行到lock.lock()處獲取的是不同的鎖，所以就不會發(fā)生沖突。


作者：黑馬程序員javaEE培訓學院
首發(fā)：http://java.itheima.com/