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Java Thread 多線程同步、鎖、通信

線程同步、同步鎖、死鎖

線程通信

線程組和未處理異常

Callable和Future

12、線程同步 當多個線程訪問同一個數據時，非常容易出現線程安全問題。這時候就需要用線程同步 Case：銀行取錢問題，有以下步驟： A、用戶輸入賬戶、密碼，系統判斷是否登錄成功 B、用戶輸入取款金額 C、系統判斷取款金額是否大于現有金額 D、如果金額大于取款金額，就成功，否則提示小于余額 ? 現在模擬2個人同時對一個賬戶取款，多線程操作就會出現問題。這時候需要同步才行； 同步代碼塊： synchronized (object) { //同步代碼 } Java多線程支持方法同步，方法同步只需用用synchronized來修飾方法即可，那么這個方法就是同步方法了。 對于同步方法而言，無需顯示指定同步監視器，同步方法監視器就是本身this 同步方法： public synchronized void editByThread() { //doSomething } ? 需要用同步方法的類具有以下特征： A、該類的對象可以被多個線程訪問 B、每個線程調用對象的任意都可以正常的結束，返回正常結果 C、每個線程調用對象的任意方法后，該對象狀態保持合理狀態 不可變類總是線程安全的，因為它的對象狀態是不可改變的，但可變類對象需要額外的方法來保證線程安全。 例如Account就是一個可變類，它的money就是可變的，當2個線程同時修改money時，程序就會出現異常或錯誤。 所以要對Account設置為線程安全的，那么就需要用到同步synchronized關鍵字。 下面的方法用synchronized同步關鍵字修飾，那么這個方法就是一個同步的方法。這樣就只能有一個線程可以訪問這個方法， 在當前線程調用這個方法時，此方法是被鎖狀態，同步監視器是this。只有當此方法修改完畢后其他線程才能調用此方法。 這樣就可以保證線程的安全，處理多線程并發取錢的的安全問題。 public synchronized void drawMoney(double money) { //取錢操作 } 注意：synchronized可以修飾方法、代碼塊，但不能修飾屬性、構造方法 可變類的線程安全是以降低程序的運行效率為代價，為了減少線程安全所帶來的負面影響，可以采用以下策略： A、不要對線程安全類的所有方法都采用同步模式，只對那些會改變競爭資源（共享資源）的方法進行同步。 B、如果可變類有2中運行環境：單線程環境和多線程環境，則應該為該可變提供2種版本；線程安全的和非線程安全的版本。 在單線程下采用非線程安全的提高運行效率保證性能，在多線程環境下采用線程安全的控制安全性問題。 釋放同步監視器的鎖定 任何線程進入同步代碼塊、同步方法之前，必須先獲得對同步監視器的鎖定，那么何時會釋放對同步監視器鎖定？ 程序無法顯示的釋放對同步監視器的鎖定，線程可以通過以下方式釋放鎖定： A、當線程的同步方法、同步代碼庫執行結束，就可以釋放同步監視器 B、當線程在同步代碼庫、方法中遇到break、return終止代碼的運行，也可釋放 C、當線程在同步代碼庫、同步方法中遇到未處理的Error、Exception，導致該代碼結束也可釋放同步監視器 D、當線程在同步代碼庫、同步方法中，程序執行了同步監視器對象的wait方法，導致方法暫停，釋放同步監視器 ? 下面情況不會釋放同步監視器： A、當線程在執行同步代碼庫、同步方法時，程序調用了Thread.sleep()/Thread.yield()方法來暫停當前程序，當前程序不會釋放同步監視器 B、當線程在執行同步代碼庫、同步方法時，其他線程調用了該線程的suspend方法將該線程掛起，該線程不會釋放同步監視器。注意盡量避免使用suspend、resume 同步鎖（Lock） 通常認為：Lock提供了比synchronized方法和synchronized代碼塊更廣泛的鎖定操作，Lock更靈活的結構，有很大的差別，并且可以支持多個Condition對象 Lock是控制多個線程對共享資源進行訪問的工具。通常，鎖提供了對共享資源的獨占訪問，每次只能有一個線程對Lock對象加鎖， 線程開始訪問共享資源之前應先獲得Lock對象。不過某些鎖支持共享資源的并發訪問，如：ReadWriteLock（讀寫鎖），在線程安全控制中， 通常使用ReentrantLock（可重入鎖）。使用該Lock對象可以顯示加鎖、釋放鎖。 class C { //鎖對象 private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); ...... //保證線程安全方法 public void method() { //上鎖 lock.lock(); try { //保證線程安全操作代碼 } catch() { } finally { lock.unlock();//釋放鎖 } } } 使用Lock對象進行同步時，鎖定和釋放鎖時注意把釋放鎖放在finally中保證一定能夠執行。 使用鎖和使用同步很類似，只是使用Lock時顯示的調用lock方法來同步。而使用同步方法synchronized時系統會隱式使用當前對象作為同步監視器， 同樣都是“加鎖->訪問->釋放鎖”的操作模式，都可以保證只能有一個線程操作資源。 同步方法和同步代碼塊使用與競爭資源相關的、隱式的同步監視器，并且強制要求加鎖和釋放鎖要出現在一個塊結構中，而且獲得多個鎖時， 它們必須以相反的順序釋放，且必須在與所有鎖被獲取時相同的范圍內釋放所有資源。 Lock提供了同步方法和同步代碼庫沒有的其他功能，包括用于非塊結構的tryLock方法，已經試圖獲取可中斷鎖lockInterruptibly()方法， 還有獲取超時失效鎖的tryLock(long, timeUnit)方法。 ReentrantLock具有重入性，也就是說線程可以對它已經加鎖的ReentrantLock再次加鎖，ReentrantLock對象會維持一個計數器來追蹤lock方法的嵌套調用， 線程在每次調用lock()加鎖后，必須顯示的調用unlock()來釋放鎖，所以一段被保護的代碼可以調用另一個被相同鎖保護的方法。 死鎖 當2個線程相互等待對方是否同步監視器時就會發生死鎖，JVM沒有采取處理死鎖的措施，這需要我們自己處理或避免死鎖。 一旦死鎖，整個程序既不會出現異常，也不會出現錯誤和提示，只是線程將處于阻塞狀態，無法繼續。 主線程保持對Foo的鎖定，等待對Bar對象加鎖，而副線程卻對Bar對象保持鎖定，等待對Foo加鎖2條線程相互等待對方先釋放鎖，進入死鎖狀態。 由于Thread類的suspend也很容易導致死鎖，所以Java不推薦使用此方法暫停線程。 13、線程通信 （1）、線程的協調運行 場景：用2個線程，這2個線程分別代表存款和取款。——現在系統要求存款者和取款者不斷重復的存款和取款的動作， 而且每當存款者將錢存入賬戶后，取款者立即取出這筆錢。不允許2次連續存款、2次連續取款。 實現上述場景需要用到Object類，提供的wait、notify和notifyAll三個方法，這3個方法并不屬于Thread類。但這3個方法必須由同步監視器調用，可分為2種情況： A、對于使用synchronized修飾的同步方法，因為該類的默認實例this就是同步監視器，所以可以在同步中直接調用這3個方法。 B、對于使用synchronized修改的同步代碼塊，同步監視器是synchronized后可括號中的對象，所以必須使用括號中的對象調用這3個方法 方法概述： 一、wait方法：導致當前線程進入等待，直到其他線程調用該同步監視器的notify方法或notifyAll方法來喚醒該線程。 wait方法有3中形式：無參數的wait方法，會一直等待，直到其他線程通知；帶毫秒參數的wait和微妙參數的wait， 這2種形式都是等待時間到達后蘇醒。調用wait方法的當前線程會釋放對該對象同步監視器的鎖定。 二、notify：喚醒在此同步監視器上等待的單個線程。如果所有線程都在此同步監視器上等待，則會隨機選擇喚醒其中一個線程。 只有當前線程放棄對該同步監視器的鎖定后（用wait方法），才可以執行被喚醒的線程。 三、notifyAll：喚醒在此同步監視器上等待的所有線程。只有當前線程放棄對該同步監視器的鎖定后，才能執行喚醒的線程。 （2）、條件變量控制協調 如果程序不使用synchronized關鍵字來保證同步，而是直接使用Lock對象來保證同步，則系統中不存在隱式的同步監視器對象， 也不能使用wait、notify、notifyAll方法來協調進程的運行。 當使用Lock對象同步，Java提供一個Condition類來保持協調，使用Condition可以讓那些已經得到Lock對象卻無法組合使用， 為每個對象提供了多個等待集（wait-set），這種情況下，Lock替代了同步方法和同步代碼塊，Condition替代同步監視器的功能。 Condition實例實質上被綁定在一個Lock對象上，要獲得特定的Lock實例的Condition實例，調用Lock對象的newCondition即可。 Condition類方法介紹： 一、await：類似于隱式同步監視器上的wait方法，導致當前程序等待，直到其他線程調用Condition的signal方法和signalAll方法來喚醒該線程。 該await方法有跟多獲取變體：long awaitNanos(long nanosTimeout),void awaitUninterruptibly()、awaitUntil(Date daadline) 二、signal：喚醒在此Lock對象上等待的單個線程，如果所有的線程都在該Lock對象上等待，則會選擇隨機喚醒其中一個線程。 只有當前線程放棄對該Lock對象的鎖定后，使用await方法，才可以喚醒在執行的線程。 三、signalAll：喚醒在此Lock對象上等待的所有線程。只有當前線程放棄對該Lock對象的鎖定后，才可以執行被喚醒的線程。 （3）、使用管道流 線程通信使用管道流，管道流有3種形式： PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader和PipedWriter以及Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel， 它們分別是管道流的字節流、管道字符流和新IO的管道Channel。 管道流通信基本步驟： A、使用new操作法來創建管道輸入、輸出流 B、使用管道輸入流、輸出流的connect方法把2個輸入、輸出流連接起來 C、將管道輸入、輸出流分別傳入2個線程 D、2個線程可以分別依賴各自的管道輸入流、管道輸出流進行通信 14、線程組和未處理異常 ThreadGroup表示線程組，它可以表示一批線程進行分類管理，Java允許程序對 Java允許直接對線程組控制，對線程組控制相對于同時控制這批線程。用戶創建的所有線程都屬于指定的線程組。 如果程序沒有值得線程屬于哪個組，那這個線程就屬于默認線程組。在默認情況下，子線程和創建它父線程屬于同一組。 一旦某個線程加入了指定線程組之后，該線程將屬于該線程組，直到該線程死亡，線程運行中途不能改變它所屬的線程組。 Thread類提供一些構造設置線程所屬的哪個組，具有以下方法： A、Thread(ThreadGroup group, Runnable target):target的run方法作為線程執行體創建新線程，屬于group線程組 B、Thread(ThreadGroup group, Runnalbe target, String name):target的run方法作為線程執行體創建的新線程，該線程屬于group線程組，且線程名為name C、Thread(ThreadGroup group, String name):創建新線程，新線程名為name，屬于group組 ? 因為中途不能改變線程所屬的組，所以Thread提供ThreadGroup的setter方法，但提供了getThreadGroup方法來返回該線程所屬的線程組， getThreadGroup方法的返回值是ThreadGroup對象的表示，表示一個線程組。 ThreadGroup有2個構造形式： A、ThreadGroup(String name):name線程組的名稱 B、ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name):指定名稱、指定父線程組創建的一個新線程組 ? 上面的構造都指定線程名稱，也就是線程組都必須有自己的一個名稱，可以通過調用ThreadGroup的getName方法得到， 但不允許中途改變名稱。ThreadGroup有以下常用的方法： A、activeCount：返回線程組活動線程數目 B、interrupt：中斷此線程組中的所有線程 C、isDeamon：判斷該線程是否在后臺運行 D、setDeamon：把該線程組設置為后臺線程組，后臺線程具有一個特征，當后臺線程的最后一個線程執行結束或最后一個線程被銷毀，后臺線程組自動銷毀。 E、setMaxPriority：設置線程組最高優先級 uncaughtException(Thread t, Throwable e)該方法可以處理該線程組內的線程所拋出的未處理的異常， Thread.UncaughtExceptionHandler是Thread類的一個內部公共靜態接口， 該接口內只有一個方法：void uncaughtException(Thread t, Throwable e) 該方法中的t代表出現異常的線程，而e代表該線程拋出的異常 Thread類中提供2個方法來設置異常處理器： A、staticsetDefaultUnaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler eh):為該線程類的所有線程實例設置默認的異常處理器 B、setUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHander eh):為指導線程實例設置異常處理器 ? ThreadGroup實現了Thread.UncaughtExceptionHandler接口，所以每個線程所屬的線程組將會作為默認的異常處理器。當一個線程拋出未處理異常時， JVM會首先查找該異常對應的異常處理器，（setUncaughtExceptionHandler設置異常處理器），如果找到該異常處理器，將調用該異常處理器處理異常。 否則，JVM將會調用該線程的所屬線程組的uncaughtException處理異常，線程組處理異常流程如下： A、如果該線程有父線程組，則調用父線程組的uncaughtException方法來處理異常 B、如果該線程實例所屬的線程類有默認的異常處理器（setDefaultUnaughtExceptionHandler方法設置異常處理器），那就調用該異常處理器來處理異常信息 C、將異常調用棧的信息打印到System.err錯誤輸出流，并結束該線程 ? 15、Callable和Future Callable接口定義了一個call方法可以作為線程的執行體，但call方法比run方法更強大： A、call方法可以有返回值 B、call方法可以申明拋出異常 ? Callable接口是JDK5后新增的接口，而且不是Runnable的子接口，所以Callable對象不能直接作為Thread的target。而且call方法還有一個返回值， call方法不能直接調用，它作為線程的執行體被調用。那么如何接收call方法的返回值？ JDK1.5提供了Future接口來代表Callable接口里的call方法的返回值，并為Future接口提供了一個FutureTask實現類，該實現類實現Future接口， 并實現了Runnable接口—可以作為Thread的target。 ? Future接口里定義了如下幾個公共方法控制他關聯的Callable任務： A、boolean cancel(Boolean mayInterruptlfRunning):試圖取消該Future里關聯的Callable任務 B、V get()：返回Callable任務里的call方法的返回值，調用該方法將導致線程阻塞，必須等到子線程結束才得到返回值 C、V get(long timeout, TimeUnit unit)：返回Callable任務里的call方法的返回值，該方法讓程序最多阻塞timeout和unit指定的時間。 如果經過指定時間后Callable任務依然沒有返回值，將會拋出TimeoutException。 D、boolean isCancelled：如果在Callable任務正常完成前被取消，則返回true。 E、boolean isDone：如果Callable任務已經完成，則返回true ? 創建、并啟動有返回值的線程的步驟如下： 一、創建Callable接口的實現類，并實現call方法，該call方法的返回值，并作為線程的執行體。 二、創建Callable實現類的實例，使用FutureTask類來包裝Callable對象，該FutureTask對象封裝了該Callable對象的call方法的返回值 三、使用FutureTask對象作為Thread對象的target創建、并啟動新線程 四、調用FutureTask對象的方法來獲得子線程執行結束后的返回值

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的同步锁ReentrantLock的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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