Java - 线程同步方式

概念

同步异步

消息通信机制

• 同步：发出调用之后，在没有得到结果之前，该调用不返回。调用者主动等待调用结果。
• 异步：发出调用之后，该调用直接返回，无结果。被调用者通过状态、通知进行反馈，或者通过回调函数处理这个调用。

阻塞非阻塞

调用者等待调用返回值时的状态

• 阻塞：调用结果返回之前，当前线程[ 调用者]会被挂起
• 非阻塞：不能立刻得到结果之前，调用者线程不会被阻塞

锁机制的意义

Java 允许多线程并发控制，当多个线程同时操作（增删改查）一个被共享的资源变量时，可能导致数据出现不正确的结果。加入锁保证了变量的唯一性，准确性。

Java 中的锁

公平锁、非公平锁

公平锁要求多个等待锁的线程，必须按照申请锁的顺序获得锁，而非公平锁允许抢占锁。公平锁的优点是稳定，等待锁的线程不会饿死；非公平锁的优点是性能优，因为某些线程可以避开Blocking，Runnable 之间的状态转换。

自旋锁

线程在进行状态转换（操作系统层面）过程要耗费很多时间，并且很多时候共享数据的锁定状态只会持续很短一段时间，为了节省这段很短的时间去挂起、恢复现场并不值得。如果机器上有两个以上的处理器，可以让两个线程并行执行，我们可以后面的线程“稍等片刻”，让他执行一个“自旋”。自旋等待不能代替阻塞。自旋占用处理器时间，如果等待时间长，还是要让线程阻塞。自旋只是在轻量级锁中使用，在重量级锁中，线程不能使用自旋。

锁消除

锁消除是虚拟机JIT在运行时，检测一些被同步的代码，不可能存在共享数据竞争的情况，锁将进行消除的操作。

锁粗化

锁范围扩展被称之为锁粗化。

可重入锁

可重入锁，也叫递归锁。线程A 持有一个锁，线程B 不持有锁，B 访问被这个锁保护的代码就会被阻塞，而A 则可以利用其持有的这个锁多次访问这段代码。Java 内置锁(synchronize)和Lock(ReentrantLock)都是可重入的。

类锁和对象锁

public class LockStrategy
{
    public Object object1 = new Object();
    // 类锁 
    public static synchronized void method1(){}
    public void method2(){
        synchronized(LockStrategy.class){}
    }
    // 对象锁
    public synchronized void method4(){}
    public void method5()
    {
        synchronized(this){}
    }
    public void method6()
    {
        synchronized(object1){}
    }
}

例题，有一个类这样定义:

public class SynchronizedTest
{
    public synchronized void method1(){}
    public synchronized void method2(){}
    public static synchronized void method3(){}
    public static synchronized void method4(){}
}

那么，有SynchronizedTest的两个实例a和b，对于一下的几个选项有哪些能被一个以上的线程同时访问呢？

A. a.method1() vs. a.method2()

B. a.method1() vs. b.method1() // a，b，对象锁

C. a.method3() vs. b.method4()

D. a.method3() vs. b.method3()

E. a.method1() vs. a.method3() //对象锁，类锁

答案是什么呢？BE

偏向锁、轻量级锁和重量级锁

Java 对象内存布局中，对象头的Mark Word：

整个 synchronized 锁流程如下：

1. 检测Mark Word里面是不是当前线程的ID，如果是，表示当前线程处于偏向锁（偏向于第一个获得它的线程）
2. 如果不是，则使用CAS将当前线程的ID替换Mard Word，如果成功则表示当前线程获得偏向锁，置偏向标志位1
3. 如果失败，则说明发生竞争，撤销偏向锁，进而升级为轻量级锁。
4. 当前线程使用CAS将对象头的Mark Word替换为锁记录指针，如果成功，当前线程获得锁
5. 如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。
6. 如果自旋成功则依然处于轻量级状态。
7. 如果自旋失败，则升级为重量级锁

悲观锁、乐观锁

悲观锁：假定会发生并发冲突，屏蔽一切可能违反数据完整性的操作。
乐观锁：假定不会发生并发冲突，只在提交操作时检测是否违反数据完整性。（使用版本号或者时间戳来配合实现）

共享锁，排它锁

共享锁：读操作。事务A 对Data 加锁之后，事务B 依然可以对Data 加共享锁（排它锁不可以），读操作。

排它锁：读、修改操作。事务A 对Data 加锁之后，事务B 不可以对Data 加任何锁。

读写锁

资源能够被多个读线程访问，或者，只被一个写线程访问（不能存在读线程）。Java当中的读写锁通过ReentrantReadWriteLock实现。

互斥锁

所谓互斥锁就是指一次最多只能有一个线程持有的锁。synchronized和Lock就是互斥锁。

线程同步的方式有哪些？

1. 同步方法：synchronized 关键字修饰的方法
2. 同步代码块：synchronized 关键字修饰的语句块
3. 使用特殊域变量（volatile）实现线程同步
4. 使用reentrantLock 实现线程同步
5. 使用局部变量实现线程同步：如果使用ThreadLocal 管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得一个该变量的副本，副本之间相互独立，这样每个线程都可以修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。