java线程安全总结
2010年11月11日
转载自:http://www.cn-java.com/www1/?action-viewnews-itemi d-68979
原文更精彩!
最近想将java基础的一些东西都整理整理,写下来,这是对知识的总结,也是一种乐趣。已经拟好了提纲,大概分为这几个主题:java线程安全,java垃圾收集,java并发包详细介绍,java profile和jvm性能调优 。慢慢写吧。本人jameswxx原创文章,转载请注明出处,我费了很多心血,多谢了。关于java线程安全,网上有很多资料,我只想从自己的角度总结对这方面的考虑,有时候写东西是很痛苦的,知道一些东西,想用文字说清楚,却不是那么容易。我认为要认识 java线程安全,必须了解两个主要的点:java的内存模型,java的线程同步机制。特别是内存模型,java的线程同步机制很大程度上都是基于内存模型而设定的。从暂时写得比较仓促,后面会慢慢补充完善。
浅谈java内存模型
不同的平台,内存模型是不一样的,但是jvm的内存模型规范是统一的。java的多线程并发问题最终都会反映在java的内存模型上,所谓线程安全无非要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改。java的内存模型,要解决两个主要的问题:可见性和有序性。我们都知道计算机有高速缓存的存在,处理器并不是每次处理数据都是取内存的。JVM定义了自己的内存模型,屏蔽了底层平台内存管理细节,对于java开发人员,要解决的是在jvm内存模型的基础上,如何解决多线程的可见性和有序性。
那么,何谓可见性? 多个线程之间是不能互相传递数据通信的,它们之间的沟通只能通过共享变量来进行。Java内存模型(JMM)规定了jvm有主内存,主内存是多个线程共享的。当new一个对象的时候,也是被分配在主内存中,每个线程都有自己的工作内存,工作内存存储了主存的某些对象的副本,当然线程的工作内存大小是有限制的。当线程操作某个对象时,执行顺序如下:
(1) 从主存复制变量到当前工作内存 (read and load)
(2) 执行代码,改变共享变量值 (use and assign)
(3) 用工作内存数据刷新主存相关内容 (store and write)JVM规范定义了线程对主存的操作指令:read,load,use,assign,store,write。当一个共享便变量在多个线程的工作内存中都有副本时,如果一个线程修改了这个共享变量,那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值,这就是多线程的可见性问题。
那么,什么是有序性呢 ?线程在引用变量时不能直接从主内存中引用,如果线程工作内存中没有该变量,则会从主内存中拷贝一个副本到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该副本。当同一线程再度引用该字段时,有可能重新从主存中获取变量副本(read-load-use),也有可能直接引用原来的副本 (use),也就是说 read,load,use顺序可以由JVM实现系统决定。
线程不能直接为主存中中字段赋值,它会将值指定给工作内存中的变量副本(assign),完成后这个变量副本会同步到主存储区(store- write),至于何时同步过去,根据JVM实现系统决定.有该字段,则会从主内存中将该字段赋值到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该变量副本,当同一线程多次重复对字段赋值时,比如:
for(int i=0;i内存中的副本进行赋值,只到最后一次赋值后才同步到主存储区,所以assign,store,weite顺序可以由JVM实现系统决定。假设有一个共享变量x,线程a执行x=x+1。从上面的描述中可以知道x=x+1并不是一个原子操作,它的执行过程如下:
1 从主存中读取变量x副本到工作内存
2 给x加1
3 将x加1后的值写回主 存
如果另外一个线程b执行x=x-1,执行过程如下:
1 从主存中读取变量x副本到工作内存
2 给x减1
3 将x减1后的值写回主存
那么显然,最终的x的值是不可靠的。假设x现在为10,线程a加1,线程b减1,从表面上看,似乎最终x还是为10,但是多线程情况下会有这种情况发生:
1:线程a从主存读取x副本到工作内存,工作内存中x值为10
2:线程b从主存读取x副本到工作内存,工作内存中x值为10
3:线程a将工作内存中x加1,工作内存中x值为11
4:线程a将x提交主存中,主存中x为11
5:线程b将工作内存中x值减1,工作内存中x值为9
6:线程b将x提交到中主存中,主存中x为9
同样,x有可能为11,如果x是一个银行账户,线程a存款,线程b扣款,显然这样是有严重问题的,要解决这个问题,必须保证线程a和线程b是有序执行的,并且每个线程执行的加1或减1是一个原子操作。看看下面代码:
public class Account {
private int balance;
public Account(int balance) {
this.balance = balance;
}
public int getBalance() {
return balance;
}
public void add(int num) {
balance = balance + num;
}
public void withdraw(int num) {
balance = balance - num;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Account account = new Account(1000);
Thread a = new Thread(new AddThread(account, 20), "add");
Thread b = new Thread(new WithdrawThread(account, 20), "withdraw");
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
System.out.println(account.getBalance());
}
static class AddThread implements Runnable {
Account account;
int amount;
public AddThread(Account account, int amount) {
this.account = account;
this.amount = amount;
}
public void run() {
for (int i = 0; i
public class Account {
private int balance;
public Account(int balance) {
this.balance = balance;
}
public int getBalance() {
return balance;
}
public void add(int num) {
balance = balance + num;
}
public void withdraw(int num) {
balance = balance - num;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Account account = new Account(1000);
Thread a = new Thread(new AddThread(account, 20), "add");
Thread b = new Thread(new WithdrawThread(account, 20), "withdraw");
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
System.out.println(account.getBalance());
}
static class AddThread implements Runnable {
Account account;
int amount;
public AddThread(Account account, int amount) {
this.account = account;
this.amount = amount;
}
public void run() {
for (int i = 0; i 内存可见性,而volatile关键字只解决多线程的内存可见性问题。后面将会详细介绍。
synchronized关键字
上面说了,java用synchronized关键字做为多线程并发环境的执行有序性的保证手段之一。当一段代码会修改共享变量,这一段代码成为互斥区或临界区,为了保证共享变量的正确性,synchronized标示了临界区。典型的用法如下:
synchronized(锁){
临界区代码
}
为了保证银行账户的安全,可以操作账户的方法如下:
刚才不是说了synchronized的用法是这样的吗:
synchronized(锁) {
临界区代码
}
那么对于public synchronized void add(int num)这种情况,意味着什么呢?其实这种情况,锁就是这个方法所在的对象。同理,如果方法是public static synchronized void add(int num),那么锁就是这个方法所在的class。
理论上,每个对象都可以做为锁,但一个对象做为锁时,应该被多个线程共享,这样才显得有意义,在并发环境下,一个没有共享的对象作为锁是没有意义的。假如有这样的代码:
lock变量作为一个锁存在根本没有意义,因为它根本不是共享对象,每个线程进来都会执行Object lock=new Object();每个线程都有自己的lock,根本不存在锁竞争。
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,当一个被线程被唤醒 (notify)后,才会进入到就绪队列,等待cpu的调度。当一开始线程a第一次执行account.add方法时,jvm会检查锁对象account 的就绪队列是否已经有线程在等待,如果有则表明account的锁已经被占用了,由于是第一次运行,account的就绪队列为空,所以线程a获得了锁,执行account.add方法。如果恰好在这个时候,线程b要执行account.withdraw方法,因为线程a已经获得了锁还没有释放,所以线程 b要进入account的就绪队列,等到得到锁后才可以执行。
一个线程执行临界区代码过程如下:
1 获得同步锁
2 清空工作内存
3 从主存拷贝变量副本到工作内存
4 对这些变量计算
5 将变量从工作内存写回到主存
6 释放锁
可见,synchronized既保证了多线程的并发有序性,又保证了多线程的内存可见性。
生产者/消费者模式
生产者/消费者模式其实是一种很经典的线程同步模型,很多时候,并不是光保证多个线程对某共享资源操作的互斥性就够了,往往多个线程之间都是有协作的。
假设有这样一种情况,有一个桌子,桌子上面有一个盘子,盘子里只能放一颗鸡蛋,A专门往盘子里放鸡蛋,如果盘子里有鸡蛋,则一直等到盘子里没鸡蛋,B专门从盘子里拿鸡蛋,如果盘子里没鸡蛋,则等待直到盘子里有鸡蛋。其实盘子就是一个互斥区,每次往盘子放鸡蛋应该都是互斥的,A的等待其实就是主动放弃锁,B 等待时还要提醒A放鸡蛋。
如何让线程主动释放锁
很简单,调用锁的wait()方法就好。wait方法是从Object来的,所以任意对象都有这个方法。看这个代码片段:
Object lock=new Object();//声明了一个对象作为锁
synchronized (lock) {
balance = balance - num;
//这里放弃了同步锁,好不容易得到,又放弃了
lock.wait();
}
Object lock=new Object();//声明了一个对象作为锁
synchronized (lock) {
balance = balance - num;
//这里放弃了同步锁,好不容易得到,又放弃了
lock.wait();
}
Object lock=new Object();//声明了一个对象作为锁 synchronized (lock) { balance = balance - num; //这里放弃了同步锁,好不容易得到,又放弃了 lock.wait(); }
如果一个线程获得了锁lock,进入了同步块,执行lock.wait(),那么这个线程会进入到lock的阻塞队列。如果调用 lock.notify()则会通知阻塞队列的某个线程进入就绪队列。
声明一个盘子,只能放一个鸡蛋
package com.jameswxx.synctest;
public class Plate{
List eggs=new ArrayList();
public synchronized Object getEgg(){
if(eggs.size()==0){
try{
wait();
}catch(InterruptedException e){
}
}
Object egg=eggs.get(0);
eggs.clear();//清空盘子
notify();//唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列
return egg; }
public synchronized void putEgg(Object egg){
If(eggs.size()>0){
try{
wait();
}catch(InterruptedException e){
}
}
eggs.add(egg);//往盘子里放鸡蛋
notify();//唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列
} }
package com.jameswxx.synctest;
public class Plate{
List eggs=new ArrayList();
public synchronized Object getEgg(){
if(eggs.size()==0){
try{
wait();
}catch(InterruptedException e){
}
}
Object egg=eggs.get(0);
eggs.clear();//清空盘子
notify();//唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列
return egg; }
public synchronized void putEgg(Object egg){
If(eggs.size()>0){
try{
wait();
}catch(InterruptedException e){
}
}
eggs.add(egg);//往盘子里放鸡蛋
notify();//唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列
} }
package com.jameswxx.synctest; public class Plate{ List eggs=new ArrayList(); public synchronized Object getEgg(){ if(eggs.size()==0){ try{ wait(); }catch(InterruptedException e){ } } Object egg=eggs.get(0); eggs.clear();//清空盘子 notify();//唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列 return egg; } public synchronized void putEgg(Object egg){ If(eggs.size()>0){ try{ wait(); }catch(InterruptedException e){ } } eggs.add(egg);//往盘子里放鸡蛋 notify();//唤醒阻塞队列的某线程到就绪队列 } }
声明一个Plate对象为plate,被线程A和线程B共享,A专门放鸡蛋,B专门拿鸡蛋。假设
1 开始,A调用plate.putEgg方法,此时eggs.size()为0,因此顺利将鸡蛋放到盘子,还执行了notify()方法,唤醒锁的阻塞队列的线程,此时阻塞队列还没有线程。
2 又有一个A线程对象调用plate.putEgg方法,此时eggs.size()不为0,调用wait()方法,自己进入了锁对象的阻塞队列。
3 此时,来了一个B线程对象,调用plate.getEgg方法,eggs.size()不为0,顺利的拿到了一个鸡蛋,还执行了notify()方法,唤醒锁的阻塞队列的线程,此时阻塞队列有一个A线程对象,唤醒后,它进入到就绪队列,就绪队列也就它一个,因此马上得到锁,开始往盘子里放鸡蛋,此时盘子是空的,因此放鸡蛋成功。
4 假设接着来了线程A,就重复2;假设来料线程B,就重复3。
整个过程都保证了放鸡蛋,拿鸡蛋,放鸡蛋,拿鸡蛋。
volatile关键字
volatile是java提供的一种同步手段,只不过它是轻量级的同步,为什么这么说,因为volatile只能保证多线程的内存可见性,不能保证多线程的执行有序性。而最彻底的同步要保证有序性和可见性,例如synchronized。任何被volatile修饰的变量,都不拷贝副本到工作内存,任何修改都及时写在主存。因此对于Valatile修饰的变量的修改,所有线程马上就能看到,但是volatile不能保证对变量的修改是有序的。什么意思呢?假如有这样的代码:
当一个VolatileTest对象被多个线程共享,a的值不一定是正确的,因为a=a+count包含了好几步操作,而此时多个线程的执行是无序的,因为没有任何机制来保证多个线程的执行有序性和原子性。volatile存在的意义是,任何线程对a的修改,都会马上被其他线程读取到,因为直接操作主存,没有线程对工作内存和主存的同步。所以,volatile的使用场景是有限的,在有限的一些情形下可以使用 volatile 变量替代锁。要使 volatile 变量提供理想的线程安全,必须同时满足下面两个条件:
1)对变量的写操作不依赖于当前值。
2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中
Volatile只保证了可见性,所以Volatile适合直接赋值的场景,如
在没有volatile声明时,多线程环境下,a的最终值不一定是正确的,因为this.a=a;涉及到给a赋值和将a同步回主存的步骤,这个顺序可能被打乱。如果用volatile声明了,读取主存副本到工作内存和同步a到主存的步骤,相当于是一个原子操作。所以简单来说,volatile适合这种场景:一个变量被多个线程共享,线程直接给这个变量赋值。这是一种很简单的同步场景,这时候使用volatile的开销将会非常小。
发表评论
-
uboot讲解
2012-01-20 08:21 699uboot讲解 2010年09月15日 实验:p167 ... -
Proc 文件系统信息
2012-01-20 08:21 599Proc 文件系统信息 2011年03月30日 Proc ... -
C语言深度剖析总结(一)
2012-01-20 08:21 646C语言深度剖析总结(一) ... -
第二章 Android内核和驱动程序(转)
2012-01-20 08:21 750第二章 Android内核和驱 ... -
zz:OpenGL实用开源代码列表
2012-01-19 13:34 688zz:OpenGL实用开源代码列 ... -
2011-7-27
2012-01-19 13:34 6192011-7-27 2011年07月27日 CS1.6完 ... -
【装机至尊】《中关村GHOSTXPSP3纯净装机自选DVD特别版V201011A》(海量驱动)
2012-01-19 13:34 556【装机至尊】《中关村G ... -
工作站电脑配件详解(仅以45纳米双路四核至强及NV Quadro FX图形卡为例,还有价格):
2012-01-19 13:34 816工作站电脑配件详解(仅以45纳米双路四核至强及NV Quadr ... -
苹果4代电池不耐用iphone论坛!入手IPHONE必看!
2012-01-17 03:23 807苹果4代电池不耐用iphone ... -
笔记本电脑死机 笔记本老是死机 蓝屏死机
2012-01-17 03:23 549笔记本电脑死机 笔记本 ... -
9 种可重复使用的并行数据结构和算法
2012-01-17 03:23 4689 种可重复使用的并行数据结构和算法 2011年10月16日 ... -
as3面试题
2012-01-17 03:23 607as3面试题 2011年09月13日 ... -
2011-11-1
2012-01-17 03:23 4322011-11-1 2011年11月01日 第一篇:一 ... -
我与三抗情
2012-01-16 01:57 423我与三抗情 2009年08月08日 07 ... -
坏蛋是怎样炼成的5
2012-01-16 01:57 1006坏蛋是怎样炼成的5 2009 ... -
java读取文件输出流出现的问题
2012-01-11 01:57 588java读取文件输出流出现的问题 2011年08月01日 ... -
GT-Grid 1.0 基础教程(十)
2012-01-11 01:56 478GT-Grid 1.0 基础教程(十) 2011年08月01 ... -
autocomplete自动匹配
2012-01-11 01:56 574autocomplete自动匹配 2011年08月01日 ... -
Oracle Express 修改字符集,升级APEX
2012-01-11 01:56 638Oracle Express 修改字符集,升级APEX 20 ... -
java多线程及线程池小结-atomti-iteye技术网站
2012-01-11 01:56 509java多线程及线程池小结 ...
相关推荐
java线程安全总结.doc。。。。。。。。
java线程安全总结,是经过多人的经验总结出来的
java线程安全总结.pdf
java线程安全总结[汇编].pdf
用思维导图将Java线程安全性相关基本概念联系起来
其实java的多线程并发问题最终都会反映在java的内存模型上,所谓线程安全无非是要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改。总结java的内存模型,要解决两个主要的问题:可见性和有序性。我们都知道计算机有高速缓存...
非线程安全的类 总结 第九章 多处理器机器上的并行化 单线程程序并行化 内层循环线程化 循环输出 多处理器扩展 总结 第十章 线程组 线程组概念 创建线程组 线程组方法 操作线程组 线程组、线程和安全 总结
2.1 java线程安全总结 3. JVM实战 3.1 通过Java/JMX得到full GC次数? 3.2 如何更快的启动eclipse 4. JVM基础 4.1 JVM内存管理:深入Java内存区域与OOM 4.2 JVM内存管理:深入垃圾收集器与内存分配策略 4.3 深入...
其实JAVA的多线程并发问题最终都会反映在java的内存模型上,所谓线程安全无非是要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改。总结java的内存模型,要解决两个主要的问题:可见性和有序性。我们都知道计算机有高速缓存...
Java线程:概念与原理 Java线程:创建与启动 Java线程:线程状态的转换 Java线程:线程的同步与锁 一、同步问题提出 二、同步和锁定 三、静态方法同步 四、如果线程不能不能获得锁会怎么样 ...Java线程:大总结
线程安全总结
Java多线程问题总结.doc
书中包含Java线程的介绍导读、12个重要的线程设计模式和全书总结以及丰富的附录内容。第一章相关线程设计模式的介绍,都举一反三使读者学习更有效。最后附上练习问题,让读者可以温故而知新,能快速地吸收书中的...
java中的线程安全,是java中的一个重要知识点,同时也是面试中经常问道的问题
1.线程安全 1.1什么是线程安全? 就是当多个线程访问某一个类(对象或方法)时,这个类(对象或方法)始终都能表现出正确的行为,那么这个类(对象或方法)就是线程安全的。 1.2 synchronized关键字 可以在任意对象及...
StringBuffer : 线程安全的 当我们的字符串缓冲区被多个线程使用时,JVM不能保证StringBuilder的操作是安全的,虽然他的速度最快,但是可以保证StringBuffer的正确操作。当然大多数情况下是我们是在单线程下...