《Java线程与并发编程实践》—— 2.2 同步临界区的访问

简介: 你会看到,同步能够解决之前的线程问题。同步是JVM的一个特性,旨在保证两个或者多个并发的线程不会同时执行同一块临界区,临界区就是必须以串行方式(一次一条线程)访问的一段代码块。

本节书摘来异步社区《Java线程与并发编程实践》一书中的第2章,第2.2节,作者: 【美】Jeff Friesen,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.2 同步临界区的访问

你会看到,同步能够解决之前的线程问题。同步是JVM的一个特性,旨在保证两个或者多个并发的线程不会同时执行同一块临界区,临界区就是必须以串行方式(一次一条线程)访问的一段代码块。

因为其他线程在临界区中的时候每条线程对该临界区的访问都会互斥地执行,这种同步属性就称为互斥。由于这个原因,线程获取到的锁经常称为互斥锁。

同步也表现出可见性,该属性能够保证一条线程在临界区执行的时候总是能看到共享变量最近的修改。当进入临界区时,它从主存中读入这些变量,离开时把这些变量的值写入主存。

同步是通过监听器来实现的,监听器是针对临界区构建的并发访问控制,并发必须以不可分割的形式执行。每一个Java对象都和一个监听器相关联,这样线程就可以通过获取和释放监听器的锁(一个标识)来上锁和解锁。

注意:
  >当调用Thread任意的sleep()方法时,已经获取锁的线程不会释放锁。
只有一个线程可以持有监听器的锁,任意尝试锁住该监听器的线程都会一直阻塞,直到能够获取锁为止。当线程离开临界区,它会通过释放锁来解锁监听器。

为了防止发生死锁(后面会讨论),锁设计成可重入的。当线程尝试获取它已经持有的锁,请求会成功。

提示:
  >java.lang.Thread类声明了一个static boolean holdsLock (Object o)方法,即当调用线程持有对象o的锁,该方法会返回true。你会很容易在断言语句中找到这个方法,例如:assert Thread.holdsLock(o);。
Java提供synchronized关键字来串行线程对方法和语句块(临界区)的访问。

2.2.1 使用同步方法

同步方法会在方法头部包含synchronized关键字。举个例子,你可以使用这一关键字来同步之前的getID()方法,像下面这样来克服read-modify-write竞态条件:

public synchronized int getID()
{
   return counter++;
}```
当同步在实例方法上,锁会和调用该方法的实例对象关联。举个例子,参考下面的ID类:

public class ID
{
private int counter; // initialized to 0 by default

public synchronized int getID()
{

  return counter++;

}
}`
假设你指定了下面的代码序列:

ID id = new ID();
System.out.println(id.getID());```
锁和ID对象相关联,对象的引用存储在id变量中。如果其他线程在该方法执行过程中调用id.getID()方法,这些线程不得不等待正在执行的线程释放锁。

当同步在一个类方法上时,锁会和调用该类方法的类所对应的java.lang. Class对象相关联。举个例子,参考下面的ID类:

public class ID
{
private static int counter; // initialized to 0 by default

public static synchronized int getID()
{

  return counter++;

}
}`
假设你指定了下面的代码序列:

System.out.println(ID.getID());

锁和ID类关联的Class对象ID.class相关联。如果其他线程在该方法执行过程中调用ID.getID()方法,这些线程也不得不等待正在执行的线程释放掉锁。

2.2.2 使用同步块

一个同步块语句把这个待锁住的对象作为前缀头。它具有以下语法结构:

synchronized(<em>object</em>) 
{
   /* statements */
}

从这个语法来看,object是某个对象的引用。锁和该对象相关联。

我之前列出第1章中一段遭遇缓存变量的程序。你可以通过两个同步块解决这一问题。

Runnable r = () -> 
             {
                synchronized(FOUR)
                {
                   result = computePi(50000);
                }
             };
   // …
synchronized(FOUR)
{
   System.out.println(result);
}

这两个同步块标识了一对临界区。每个同步块被同一个对象所保护,以致于同一时间只能有一条线程能在这些同步块中执行。每条线程在进入它的临界区之前,必须获取被常量FOUR所引用对象的锁。

这段代码块打开了一个关于同步块和同步方法很重要的点。要么访问同一段代码序列的两条或两条以上线程必须获取同一个锁,要么不存在同步。这也暗示着(进入临界区)必须访问同一个对象。在之前的例子中,活跃性FOUR被放到两个位置,以致于同时只能有一条线程出现在其中一个临界区。如果我在一个位置指定synchronized(FOUR),在另一个地方指定synchronized("ABC"),由于涉及两个不同的锁,也就不存在同步了。

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