Java 多线程同步问题的探究（一、线程的先来后到）

众所周知，在Java多线程编程中，一个非常重要的方面就是线程的同步问题。
关于线程的同步，一般有以下解决方法：

1. 在需要同步的方法的方法签名中加入synchronized关键字。

2. 使用synchronized块对需要进行同步的代码段进行同步。

3. 使用JDK 5中提供的java.util.concurrent.lock包中的Lock对象。

另外，为了解决多个线程对同一变量进行访问时可能发生的安全性问题，我们不仅可以采用同步机制，更可以通过JDK 1.2中加入的ThreadLocal来保证更好的并发性。

本篇中，将详细的讨论Java多线程同步机制，并对ThreadLocal做出探讨。

大致的目录结构如下：

一、线程的先来后到——问题的提出：为什么要有多线程同步？Java多线程同步的机制是什么？
二、给我一把锁，我能创造一个规矩——传统的多线程同步编程方法有哪些？他们有何异同？
三、Lock来了，大家都让开—— Java并发框架中的Lock详解。
四、协作，互斥下的协作——Java多线程协作（wait、notify、notifyAll）
五、你有我有全都有—— ThreadLocal如何解决并发安全性？
六、总结——Java线程安全的几种方法对比。


一、线程的先来后到

我们来举一个Dirty的例子：某餐厅的卫生间很小，几乎只能容纳一个人如厕。为了保证不受干扰，如厕的人进入卫生间，就要锁上房门。我们可以把卫生间想象成是共享的资源，而众多需要如厕的人可以被视作多个线程。假如卫生间当前有人占用，那么其他人必须等待，直到这个人如厕完毕，打开房门走出来为止。这就好比多个线程共享一个资源的时候，是一定要分出先来后到的。

有人说：那如果我没有这道门会怎样呢？让两个线程相互竞争，谁抢先了，谁就可以先干活，这样多好阿？但是我们知道：如果厕所没有门的话，如厕的人一起涌向厕所，那么必然会发生争执，正常的如厕步骤就会被打乱，很有可能会发生意想不到的结果，例如某些人可能只好被迫在不正确的地方施肥……

正是因为有这道门，任何一个单独进入如厕的人都可以顺利的完成他们的如厕过程，而不会被干扰，甚至发生以外的结果。这就是说，如厕的时候要讲究先来后到。


那么在Java 多线程程序当中，当多个线程竞争同一个资源的时候，如何能够保证他们不会产生“打架”的情况呢？有人说是使用同步机制。没错，像上面这个例子，就是典型的同步案例，一旦第一位开始如厕，则第二位必须等待第一位结束，才能开始他的如厕过程。一个线程，一旦进入某一过程，必须等待正常的返回，并退出这一过程，下一个线程才能开始这个过程。这里，最关键的就是卫生间的门。其实，卫生间的门担任的是资源锁的角色，只要如厕的人锁上门，就相当于获得了这个锁，而当他打开锁出来以后，就相当于释放了这个锁。

也就是说，多线程的线程同步机制实际上是靠锁的概念来控制的。那么在Java程序当中，锁是如何体现的呢？


让我们从JVM的角度来看看锁这个概念：

在Java程序运行时环境中，JVM需要对两类线程共享的数据进行协调：
1）保存在堆中的实例变量
2）保存在方法区中的类变量

这两类数据是被所有线程共享的。
（程序不需要协调保存在Java 栈当中的数据。因为这些数据是属于拥有该栈的线程所私有的。）

在java虚拟机中，每个对象和类在逻辑上都是和一个监视器相关联的。
对于对象来说，相关联的监视器保护对象的实例变量。

对于类来说，监视器保护类的类变量。

（如果一个对象没有实例变量，或者一个类没有变量，相关联的监视器就什么也不监视。）
为了实现监视器的排他性监视能力，java虚拟机为每一个对象和类都关联一个锁。代表任何时候只允许一个线程拥有的特权。线程访问实例变量或者类变量不需锁。

但是如果线程获取了锁，那么在它释放这个锁之前，就没有其他线程可以获取同样数据的锁了。（锁住一个对象就是获取对象相关联的监视器）

类锁实际上用对象锁来实现。当虚拟机装载一个class文件的时候，它就会创建一个java.lang.Class类的实例。当锁住一个对象的时候，实际上锁住的是那个类的Class对象。

一个线程可以多次对同一个对象上锁。对于每一个对象，java虚拟机维护一个加锁计数器，线程每获得一次该对象，计数器就加1，每释放一次，计数器就减 1，当计数器值为0时，锁就被完全释放了。

java编程人员不需要自己动手加锁，对象锁是java虚拟机内部使用的。

在java程序中，只需要使用synchronized块或者synchronized方法就可以标志一个监视区域。当每次进入一个监视区域时，java 虚拟机都会自动锁上对象或者类。

看到这里，我想你们一定都疲劳了吧？o(∩_∩)o...哈哈。让我们休息一下，但是在这之前，请你们一定要记着：
当一个有限的资源被多个线程共享的时候，为了保证对共享资源的互斥访问，我们一定要给他们排出一个先来后到。而要做到这一点，对象锁在这里起着非常重要的作用。

如果你想知道更多细节，请接着看本系列的第二篇吧