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Java线程知识点(三)线程的互斥与同步机制

线程的互斥与同步机制

一、互斥

为何需要引入互斥机制?

当多个线程对同一数据并发读写(至少有一个线程执行写操作)时,这种情形被称为竞争。竞争会导致数据读或写的不确定性。而有时这种不确定性是不可容忍的。

如何实现互斥?

在并发程序设计中,通常使用锁机制来实现互斥

1、由用户标记必须原子执行的代码段,即使用synchronized关键字

2、给资源一把配有自动机制的锁

【注意】

Java将资源限定为引用型对象,并为每一对象自动配备一把锁:锁初始时处于打开状态。synchronized标记的原子代码段在访问资源前,会自动检测资源对象持有的锁是否处于打开状态。若是,则占用并同时将锁置为锁闭态,并在该代码段执行完毕后。将锁的状态值为打开态;若否,则持有该代码的线程因等待资源占用而进入阻塞态。

• 只有对象才有锁,对基本类型的数据,无法实现线程的互斥访问。

• 对于未使用synchronized标记的代码,锁机制不起作用。

• 无论正常结束还是异常退出,都将自动释放锁。

死锁和活锁

死锁:就是多个线程对临界资源的循环等待,使得这些线程均都无法获得执行。

例如:A,B,C三个线程分别占用D1、D2、D3三个临界资源,A只有获得B占用的资源D2,方能继续运行;而B只有获得C占用的资源D3,方能继续运行;C只有获得A占用的资源D1,方能继续运行。这样,A,B,C处在对资源的循环等待状态,均无法前进。

活锁:也称饥饿。就是某线程虽有执行的资格,但由于某种原因总是得不到执行。

例如:A,B,C三个线程循环访问临界资源D,但A,B的优先级相同,但均高于C。由于Java的抢占式策略,C线程可能总得不到执行。

二、同步

同步(Sync)

多个线程的运行满足特定的节奏

所谓同步,就是发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回或继续执行后续操作。

根据这个定义,Java中所有方法都是同步调用,应为必须要等到结果后才会继续执行。我们在说同步、异步的时候,一般而言是特指那些需要其他端协作或者需要一定时间完成的任务。

简单来说,同步就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。

异步(Async)

多个线程的运行相互独立,彼此间无依赖性

异步与同步相对,当一个异步过程调用发出后,调用者在没有得到结果之前,就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后,一般通过状态、通知和回调来通知调用者。对于异步调用,调用的返回并不受调用者控制。

举个例子简单说明下两者的区别:

同步:火车站多个窗口卖火车票,假设A窗口当卖第288张时,在这个短暂的过程中,其他窗口都不能卖这张票,也不能继续往下卖,必须这张票处理完其他窗口才能继续卖票。直白点说就是当你看见程序里出现synchronized这个关键字,将任务锁起来,当某个线程进来时,不能让其他线程继续进来,那就代表是同步了。

异步:当我们用手机下载某个视频时,我们大多数人都不会一直等着这个视频下载完,而是在下载的过程看看手机里的其他东西,比如用qq或者是微信聊聊天,这种的就是异步,你执行你的,我执行我的,互不干扰。比如上面卖火车票,如果多个窗口之间互不影响,我行我素,A窗口卖到第288张了,B窗口不管A窗口,自己也卖第288张票,那显然会出错了。

并发

在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥。

并行

在单处理器中多道程序设计系统中,进程被交替执行,表现出一种并发的外部特种;在多处理器系统中,进程不仅可以交替执行,而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知,并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件,具有并发的含义,但并发不一定并行,也亦是说并发事 件之间不一定要同一时刻发生。

*Java的同步机制 = 存取共享资源的互斥机制 + 线程间的通信机制*

用于线程通信的方法存在于Object类中,包括wait()、notify()、notifyAll()。wait()会暂停当前线程的执行,并释放所持有的锁,进入等待状态;notify()操作将唤醒一个等待的线程;notifyAll()将唤醒所有等待的进程。

【注意】

wait()、notify()、notifyAll()都是final方法,不允许被重写;这些方法只能直接或间接地用于临界区中,否则,将会产生非法监控锁状态异常。

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