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java wait/notify 必须与 synchronize

java wait/notify 必须与 synchronize

作者: mrjunwang | 来源:发表于2018-05-16 10:48 被阅读174次

一、synchronized是Java语言的关键字,当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候,能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码。synchronized就是针对内存区块申请内存锁。
(1)JAVA中的Object类型都是带有一个内存锁的,在有线程获取该内存锁后,其它线程无法访问该内存,从而实现JAVA中简单的同步、互斥操作。
(2)this关键字代表类的一个对象,所以其内存锁是针对相同对象的互斥操作,而static成员属于类专有,其内存空间为该类所有成员共有,这就导致synchronized()对static成员加锁,相当于对类加锁,也就是在该类的所有成员间实现互斥,在同一时间只有一个线程可访问该类的实例。
synchronizd(实例对象|类对象)

二、Obj.wait()与Obj.notify()必须要与synchronized(Obj)一起使用,也就是wait与notify是针对已经获取了Obj锁的对象来进行操作。
(1)Obj.wait()、Obj.notify必须在synchronized(Obj){…}语句块内。
(2)wait就是说线程在获取对象锁后,主动释放对象锁,同时本线程休眠。直到有其它线程调用对象的notify()唤醒该线程,才能继续获取对象锁,并继续执行。相应的notify()就是对对象锁的唤醒操作。
(3)notify()调用后,并不是马上就释放对象锁的,而是在相应的synchronized(){}语句块执行结束,自动释放锁后,JVM会在wait()对象锁的线程中随机选取一线程,赋予其对象锁,唤醒线程,继续执行。如果是notifyAll()就会释放所有的锁。

注意:如果notify的对象没有wait,会报IllegalMonitorStateException错误

这样就提供了在线程间同步、唤醒的操作。Thread.sleep()与Object.wait()二者都可以暂停当前线程,释放CPU控制权,主要的区别在于Object.wait()在释放CPU同时,释放了对象锁的控制

注:wait notify 都是Object的方法

同步(阻塞) :是一种防止对共享资源访问导致的数据不一致的一种模式。
详细请参看操作系统。
在Java中,由于对多线程的支持,对同步的控制主要通过以下几个方法,synchronized,和wait(),notify()和notifyAll(),下面进行一一的讲解:
A关键字synchronized
每个java对象都有一把锁, 当有多个线程同时访问共享资源的时候, 需要Synchronize 来控制安全性, synchronize 分 synchronize 方法 和synchronize块,使用synchronize块时, 一定要显示的获得该对象的锁(如synchronize(object))而方法则不需要。

java的内存模型是对每一个进程有一个主内存, 每个线程有自己的内存, 他们从主内存中取数据, 然后计算, 再存入主内存中。


image.png
image.png

并发问题如下:如果多个线程同事操作同一数据, A线程从主内存中取的I的值为1, 然后进行加1操作, 这时B线程也取I的值, 进行加2操作, 然后A存入2到主内存中, B也存入, 这样就覆盖了A的值(同数据库中的并发问题一样)。

解决办法是用synchronize, 如用synchronized(I)。被synchronize 修饰的方法(块)把以下三步操作当成一个原子操作:取数据, 操作数据, 存数据。 我们知道原子操作是不可以被打断的, 所以其保证了数据一致性, 这样同一时间只有一个线程再执行, 对性能有一定的影响。这也是synchronize的第二个作用:保证统一时间只有一个线程再运行。 当实现SOCKET连接的时候经常用到.

JAVA中规定对非FLOAT, LONG的原始类型的取和存操作为原子操作。 其实就是对一个字(32位)的取,存位原始操作, 因为FLOAT, LONG为两个字节的长度, 所以其取, 存为非原子操作。 如果想把他们也变为原子操作, 可以用VOLATILE关键字来修饰
使用方法:
作用区域主要有两种:
1.方法
2.代码块
被synchronized声明的方法被称为同步方法,被其修饰的代码块称为同步语句。无论是同步方法还是同步语句,只要声明为同步了,在同一时刻,同一个对象的同步XX是不可以被同时访问的,而不同对象之间的同步方法是互不干扰的。
具体实现(如下代码都在某个类定义中):
同步方法:
Public synchronized void change() {
//
}
同步语句:(因为效率问题,有时考虑使用同步语句块)
Public void change() {
Synchronized(this) {
}
}
这个同步语句是针对当前对象的,有时,我们就是想让一段代码同步,可能与当前对象并没什么关系,可以自定义同步的锁。如下:
private byte[] lock= new byte[0];

Public void change() {
Synchronized(lock) {
}
}
自定义锁注意事项:
1必须是private,防止在类外部引用改变。
2如果可能用到,重写get方法,返回对象的clone,而不是本身。
wait()/notify()/notifyAll()
注意:
在Java中,每个对象都有个对象锁标志(Object lock flag)与之想关联,当一个线程A调用对象的一段synchronized代码时,
它首先要获取与这个对象关联的对象锁标志,然后执行相应的代码,执行结束后,把这个对象锁标志返回给对象;因此,在线程A执行
synchronized代码期间,如果另一个线程B也要执行同一对象的一段synchronized代码时(不一定与线程A执行的相同),它将
要等到线程A执行完后,才能继续....

如何利用wait() notify() notifyAll()?

在synchronized代码被执行期间,线程可以调用对象的wait()方法,释放对象锁标志,进入等待状态,并且可以调用notify()或者
notifyAll()方法通知正在等待的其他线程。notify()通知等待队列中的第一个线程,notifyAll()通知的是等待队列中的所有线程

当一个线程进入一个对象的synchronized方法A之后,其它线程是否可进入此对象的synchronized方法B?
答:不能。其它线程只能访问该对象的非同步方法,同步方法则不能进入。因为非静态方法上的synchronized修饰符要求执行方法时要获得对象的锁,如果已经进入A方法说明对象锁已经被取走,那么试图进入B方法的线程就只能在等锁池(注意不是等待池哦)中等待对象的锁。

多线程开发良好的实践

给线程起个有意义的名字,这样可以方便找 Bug。

缩小同步范围,例如对于 synchronized,应该尽量使用同步块而不是同步方法。

多用同步类少用 wait() 和 notify()。首先,CountDownLatch, Semaphore, CyclicBarrier 和 Exchanger 这些同步类简化了编码操作,而用 wait() 和 notify() 很难实现对复杂控制流的控制。其次,这些类是由最好的企业编写和维护,在后续的 JDK 中它们还会不断优化和完善,使用这些更高等级的同步工具你的程序可以不费吹灰之力获得优化。

多用并发集合少用同步集合。并发集合比同步集合的可扩展性更好,例如应该使用 ConcurrentHashMap 而不是 Hashtable。

使用本地变量和不可变类来保证线程安全。

使用线程池而不是直接创建 Thread 对象,这是因为创建线程代价很高,线程池可以有效地利用有限的线程来启动任务。

使用 BlockingQueue 实现生产者消费者问题。

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