怎么在java中實現多線程的互斥與同步

這篇文章將為大家詳細講解有關怎么在java中實現多線程的互斥與同步，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

一、線程互斥與同步

互斥：指的是多個線程不能同時訪問共享變量
同步：指的是多個線程按指定的順序執行操作

在同時有多個線程運行過程中，如何達到互斥和同步呢？

• 加鎖即可

在此使用黑馬筆記中room例子來說明鎖。（ps: 以前就了解鎖，但總會記亂，發現使用形象化記憶后就很清楚）

解決互斥

• 鎖就相當于上圖的房子，里面放著會被并發訪問的共享變量

• 此時綠色區域（owner)無線程，此時多個線程想并發訪問房子里的共享變量，那么只允許其中一個線程進入房子訪問，并把房門鎖上。

• 剩下的沒有拿到鎖的線程只能在entrylist中排隊

• owner中的線程訪問結束后會離開房子，并告訴entrylist的線程可以進房子了

• entrylist的線程開始新一輪的掙鎖，如此反復

• 這樣就能解決互斥的問題

解決同步

（這涉及到為什么wait(),notify()方法需要用鎖，就是因為只有用了鎖才能完成同步，那么怎么完成的呢?）

• 多個線程同時啟動，如果希望B線程在A線程之后執行

• 那么當B先搶到鎖，即先進入了房子，此時A只能在entrylist中排隊

• 為了讓A先執行，那么可以先讓B進入藍色區域，即waitset中等待，并且把門打開，告訴entrylist中的線程可以進來了

• 那么A進來后，執行完任務，臨走時通知waitset中的B，B再回到綠色區域執行任務就能保證有序了

• 這樣就能解決同步問題

那么room這個數據結構其實就是synchronized的核心了，接下來總結synchronized原理的時候會一直用room的例子

二、synchronized

很多人對synchronized原理的理解也就停留在知道字節碼有個monitor關鍵字來管理鎖，再淺一點的只知道怎么用，再者懂得深一點的卻記不住。我之前就是想深入了解一下但覺得苦澀，就看不下去了，看了黑馬的筆記我覺得這玩意兒其實很簡單，所以好的老師還是比較重要的。那么在此我也記錄一下怎么更好的去理解synchronized的底層原理

從字節碼我們可以知道synchronized的底層就是關聯了一個monitor，那么這玩意兒是個什么東西，怎么實現鎖的功能呢？

首先，可以把monitor的數據結構簡化成上圖的room，具體點描述如下圖

• synchronized（鎖對象）的時候，相當于讓鎖對象綁定了一個monitor（具體綁定方法不打算在后面總結）

• 那么多個線程中方法涉及到該鎖對象時，都會來訪問鎖對象對應的monitor

• 此時線程thread-2搶到了鎖，操作就是讓monitor中的owner字段指向thread-2線程，意味著當前線程獲取到了基于該monitor的鎖

• 其他沒搶到鎖的，monitor會將他們放在Entrylist中等待，這些線程只能在隊列中等著

• thread-2線程完成操作后就會退出，并通知entrylist的線程重新搶鎖

• 如果在執行過程中，線程調用了wait()方法，monitor就會將他們放入waitset中等待別人喚醒

• （看回room結構）owner進入waitset后會把門打開，讓entrylist的線程進來

• 直到某時刻owner中有線程調用notify()方法，waitset中的線程才會被喚醒，喚醒后會進入entrylist中重新搶鎖

以上就是synchronized的原理。有人就會問了，你說的這些文字我都懂啊，搞個圖擺在這也沒啥用。

接下來我將從上圖直接回答下面的常見的問題

wait()和notify()為什么都得在synchronized后使用？

• wait()就是將線程放入waitset中，那么waitset是在room里面的，不上鎖怎么能進room中？同理，不進入room，在門外怎么使用notify()怎么能叫醒waitset中的線程？

wait()會釋放鎖嗎？

• 廢話，不開門的話，怎么放線程進來，就更別提喚醒了

notifyALL()為什么不會喚醒其他鎖對象的線程？

• 進哪個room才能叫哪個waitset，進了Aroom當然只能叫醒A的waiset了

說說synchronized的原理？

•  把圖畫出來就行了

線程什么時候從runnable變成waiting,什么時候變成block?

• 看圖，進入waiset就是wait，所以調wait()就變成waiting狀態進入entrylist就是block，所以被喚醒后以及沒搶到鎖都變block 。。。。。。。。。。。。

注意了，這里涉及monitor的原理都是synchronized最根本的原理，也稱重量級鎖，可以看到monitor會頻繁切換線程狀態，效率比較低。后來synchronized改進了，在使用monitor前還有好幾種方案，分別為偏向鎖，輕量鎖，以及自旋優化。這部分也是面試常考點，也容易記亂，但用圖例去記就很清楚。

那么接下來就說說synchronized的改進

三、輕量鎖與偏向鎖

輕量鎖與偏向鎖的核心都是先不讓線程沖突的時候直接去找monitor,而是先用鎖對象的對象頭字段來解決沖突

（寫博客好累啊。。。算了我就總結一些自己覺得關鍵的地方吧）

輕量鎖

• 對于輕量鎖而言，每個線程維護了一個鎖記錄，搶占鎖的過程就是用CAS將自己的信息與鎖對象的對象頭mark word部分交換

• 這樣其他慢一步的線程CAS會失敗，就意識到鎖已經被占了

• 可重入只需要在占鎖的時候判斷鎖對象的markword記錄的是不是自己的線程id即可，是的話就能夠獲取鎖，也就是疊加一個鎖記錄

• 釋放鎖就意味著刪除鎖記錄，直到鎖記錄清空，就將鎖對象頭部被修改的字段變回原樣

• 輕量鎖是認為不會有競爭，如果發生了線程競爭，鎖需要升級，不然上述方法沒有像monitor的entrylist來管理其他競爭暫時沒拿到鎖的線程

• 鎖升級就是鎖膨脹，直接調monitor來管理，就將owner指向當前線程，然后競爭線程去entrylist排隊

• 其中涉及自旋優化，就是線程競爭時，第二個線程不用立刻去entrylist中，這樣又要涉及上下文切換，可以自旋一會看鎖能否搶到

偏向鎖

• 輕量鎖每次占鎖都要用一次CAS來更新鎖對象頭，如果本來就沒啥競爭那CAS就是無用的操作了

• 為了解決這個問題，線程搶鎖成功后直接把自己的ID刻在鎖對象頭中，需要判斷重入時只需判斷ID是否相同即可

Java有哪些集合類

Java中的集合主要分為四類：1、List列表：有序的，可重復的；2、Queue隊列：有序，可重復的；3、Set集合：不可重復；4、Map映射：無序，鍵唯一，值不唯一。

關于怎么在java中實現多線程的互斥與同步就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。