Java多线程 - (二) 线程同步synchronized和volatile

一、可能带来死锁的Synchrionized

 

先用代码来展示下线程同步的问题：

/**
 * 
 */
package com.wsheng.thread.synchronize;

/**
 * @author Wang Sheng(Josh)
 *
 */
public class ThreadSynchronized {

	
	public static void main(String[] args) {
		final Outputer output = new Outputer();
		new Thread() {
			public void run() {
				// output.output("lisi");
				output.output("lisilisilisilisilisilisilisilisilisilisi");
			};
		}.start();
		
		new Thread(){
			public void run() {
				output.output("zhangshan");
			};
		}.start();

	}

}

class Outputer {
	public void output(String name) {
		
		// 为了保证对name的输出不是一个原子操作，这里逐个的输出的name的每个字符
		for (int i = 0; i < name.length(); i++) {
			System.out.print(name.charAt(i));
		}
	}
}

其中一次的运行结果是： 

lisilisilisilisilisilisilisiliszilhisailisingshan

 

        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) {  
        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。

 

        每个锁对象都有两个队列，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不仅保证了多线程的内存可见性，也解决了线程的随机执行性的问题，即保证了多线程的并发有序性。

    

二、相对变态的Volatile:

       volatile是第二种Java多线程同步的手段，根据JLS的说法，一个变量可以被volatile修饰，在这种情况下内存模型确保所有线程可以看到一致的变量值，来看一段代码:

         

/**
 * 
 */
package com.wsheng.thread.synchronize;

/**
 * @author Wang Sheng(Josh)
 *
 */
public class VolatileTest {
	
	static int i = 0, j = 0;  
    static void one() {  
    	while (i <= 100000) {
    		i++;  
            j++; 
    	}
         
    }  
    static void two() {  
        System.out.println("i=" + i + " j=" + j);  
    }  

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// final VolatileTest test = new VolatileTest();
		
		new Thread() {
			public void run() {
				VolatileTest.one();
			};
		}.start();
		
		new Thread() {
			public void run() {
				VolatileTest.two();
			};
		}.start();

	}

}

 

可能的运行结果：

i=72930 j=73145

i=24357 j=24511

i=17586 j=17732

i=19357 j=19545

 

 一些线程执行one方法，另一些线程执行two方法，two方法有可能打印出不同的i和j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，那么可以在共享变量之前加上volatile。

 

/**
 * 
 */
package com.wsheng.thread.synchronize;

/**
 * @author Wang Sheng(Josh)
 *
 */
public class VolatileTest2 {
	
	static volatile int i = 0, j = 0;  
    static void one() {  
    	while (i <= 100000) {
    		i++;  
            j++; 
    	}
         
    }  
    static void two() {  
        System.out.println("i=" + i + " j=" + j);  
    }  

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// final VolatileTest test = new VolatileTest();
		
		new Thread() {
			public void run() {
				VolatileTest2.one();
			};
		}.start();
		
		new Thread() {
			public void run() {
				VolatileTest2.two();
			};
		}.start();

	}

}

可能的输出结果：

i=19944 j=20094

i=79462 j=79694

 

 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i和j的值可以保持一致，然而我们不能保证执行two方法的线程是在i和j执行到什么程度获取到的，所以volatile可以保证内存可见性，不能保证并发有序性，因此在上面的输出结果中，i和j的值是不一样的。