线程基本概念

学习Java并发有段时间了,感觉有些东西学习一会儿了就会忘记,做了一些笔记但是不系统,对于Java并发这么大的“系统”,需要自己好好总结、整理才能征服它.希望同仁们一起来学习Java并发编程,共同进步,互相指导.

在学习Java并发之前我们需要先理解一些基本的概念：共享、可变、线程安全性、线程同步、原子性、可见性、有序性。

共享和可变

要编写线程安全的代码,其核心在于对共享的(Shared)和可变的(Mutable)状态的访问.

"共享":变量可以被多个线程同时访问.

我们知道系统中的资源是有限的,不同的线程对资源都是具有着同等的使用权.有限、公平就意味着竞争,竞争就有可能会引发线程问题.

"可变":变量的值在其生命周期内可以发生变化.

“可变”对应的是“不可变”.我们知道不可变的对象一定是线程安全的,并且永远也不需要额外的同步(因为一个不可变的对象只要构建正确,其外部可见状态永远都不会发生改变).所以“可变”意味着存在线程不安全的风险.解决办法:

1、不在线程之间共享该状态变量(可将变量封装到方法中).

2、将状态变量修改为不可变的常量(final).

3、访问状态变量时使用同步.

4、使用原子变量类.

线程安全性

线程安全是一个比较难以给出确切定义的概念.

其最核心概念就是正确性:

某个类的行为与其规范完全一致,即其近似于"所见即所知(we know it when we see it)".

于是可以定义线程安全性:

当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或者协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的.

线程同步

线程同步其核心就在于一个“同”.所谓“同”就是协同、协助、配合,“同步”就是协同步调,也就是按照预定的先后顺序进行运行,即“你先,我等, 你做完,我再做”.

线程同步,就是当线程发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不会返回,其他线程也不能调用该方法.就一般而言,我们在说同步、异步的时候,特指那些需要其他组件来配合或者需要一定时间来完成的任务.在多线程编程里面,一些较为敏感的数据时不允许被多个线程同时访问的,使用线程同步技术,确保数据在任何时刻最多只有一个线程访问,保证数据的完整性.

线程同步的机制主要有:临界区、互斥量、事件、信号量四种方式

1、临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。

2、互斥量：采用互斥对象机制。只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享。

3、信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

4、事件：通过通知操作的方式来保持线程的同步，还可以方便实现对多个线程的优先级比较的操作。

原子性

原子是世界上最小的单位,具有不可分割性.在我们编程的世界里,某个操作如果不可分割我们就称之为该操作具有原子性.例如:i = 0,这个操作是不可分割的,所以该操作具有原子性.

如果某个操作可以分割,那么该操作就不具备原子性,例如i++.非原子操作都存在线程安全问题,这个时候我们需要使用同步机制来保证这些操作变成原子操作,来确保线程安全.

可见性

线程可见性是指线程之间的可见性,即一个线程对状态的修改对另一个线程是可见的,也就是一个线程修改的结果,另外一个线程立马就知道了.比如volatile修饰的变量,就具备可见性.

public class NoVisibility {
    private static boolean ready;
    private static int number;

    private static class ReaderThread extends Thread {
        public void run() {
            while (!ready)
                Thread.yield();
            System.out.println(number);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ReaderThread().start();
        number = 42;
        ready = true;
    }
}

主,读线程都将访问共享变量ready和number.虽然看起来会输出42,但事实上很有可能输出0,或者根本无法终止.这是因为代码中没有用足够的同步机制,无法保证主线程写入的ready值和number值对于读线程是可见的.