java多线程之互斥与同步 总结java多线程之互斥与同步解决方案

一、线程互斥与同步

互斥：指的是多个线程不能同时访问共享变量
同步：指的是多个线程按指定的顺序执行操作

在同时有多个线程运行过程中，如何达到互斥和同步呢？

• 加锁即可

在此使用黑马笔记中room例子来说明锁。（ps: 以前就了解锁，但总会记乱，发现使用形象化记忆后就很清楚）

解决互斥

• 锁就相当于上图的房子，里面放着会被并发访问的共享变量
• 此时绿色区域（owner)无线程，此时多个线程想并发访问房子里的共享变量，那么只允许其中一个线程进入房子访问，并把房门锁上。
• 剩下的没有拿到锁的线程只能在entrylist中排队
• owner中的线程访问结束后会离开房子，并告诉entrylist的线程可以进房子了
• entrylist的线程开始新一轮的挣锁，如此反复
• 这样就能解决互斥的问题

解决同步

（这涉及到为什么wait(),notify()方法需要用锁，就是因为只有用了锁才能完成同步，那么怎么完成的呢?）

• 多个线程同时启动，如果希望B线程在A线程之后执行
• 那么当B先抢到锁，即先进入了房子，此时A只能在entrylist中排队
• 为了让A先执行，那么可以先让B进入蓝色区域，即waitset中等待，并且把门打开，告诉entrylist中的线程可以进来了
• 那么A进来后，执行完任务，临走时通知waitset中的B，B再回到绿色区域执行任务就能保证有序了
• 这样就能解决同步问题

那么room这个数据结构其实就是synchronized的核心了，接下来总结synchronized原理的时候会一直用room的例子

二、synchronized

很多人对synchronized原理的理解也就停留在知道字节码有个monitor关键字来管理锁，再浅一点的只知道怎么用，再者懂得深一点的却记不住。我之前就是想深入了解一下但觉得苦涩，就看不下去了，看了黑马的笔记我觉得这玩意儿其实很简单，所以好的老师还是比较重要的。那么在此我也记录一下怎么更好的去理解synchronized的底层原理

从字节码我们可以知道synchronized的底层就是关联了一个monitor，那么这玩意儿是个什么东西，怎么实现锁的功能呢？

首先，可以把monitor的数据结构简化成上图的room，具体点描述如下图

• synchronized（锁对象）的时候，相当于让锁对象绑定了一个monitor（具体绑定方法不打算在后面总结）
• 那么多个线程中方法涉及到该锁对象时，都会来访问锁对象对应的monitor
• 此时线程thread-2抢到了锁，操作就是让monitor中的owner字段指向thread-2线程，意味着当前线程获取到了基于该monitor的锁
• 其他没抢到锁的，monitor会将他们放在Entrylist中等待，这些线程只能在队列中等着
• thread-2线程完成操作后就会退出，并通知entrylist的线程重新抢锁
• 如果在执行过程中，线程调用了wait()方法，monitor就会将他们放入waitset中等待别人唤醒
• （看回room结构）owner进入waitset后会把门打开，让entrylist的线程进来
• 直到某时刻owner中有线程调用notify()方法，waitset中的线程才会被唤醒，唤醒后会进入entrylist中重新抢锁

以上就是synchronized的原理。有人就会问了，你说的这些文字我都懂啊，搞个图摆在这也没啥用。

接下来我将从上图直接回答下面的常见的问题

wait()和notify()为什么都得在synchronized后使用？

• wait()就是将线程放入waitset中，那么waitset是在room里面的，不上锁怎么能进room中？同理，不进入room，在门外怎么使用notify()怎么能叫醒waitset中的线程？

wait()会释放锁吗？

• 废话，不开门的话，怎么放线程进来，就更别提唤醒了

notifyALL()为什么不会唤醒其他锁对象的线程？

• 进哪个room才能叫哪个waitset，进了Aroom当然只能叫醒A的waiset了

说说synchronized的原理？

•  把图画出来就行了

线程什么时候从runnable变成waiting,什么时候变成block?

• 看图，进入waiset就是wait，所以调wait()就变成waiting状态进入entrylist就是block，所以被唤醒后以及没抢到锁都变block 。。。。。。。。。。。。

注意了，这里涉及monitor的原理都是synchronized最根本的原理，也称重量级锁，可以看到monitor会频繁切换线程状态，效率比较低。后来synchronized改进了，在使用monitor前还有好几种方案，分别为偏向锁，轻量锁，以及自旋优化。这部分也是面试常考点，也容易记乱，但用图例去记就很清楚。

那么接下来就说说synchronized的改进

三、轻量锁与偏向锁

轻量锁与偏向锁的核心都是先不让线程冲突的时候直接去找monitor,而是先用锁对象的对象头字段来解决冲突

（写博客好累啊。。。算了我就总结一些自己觉得关键的地方吧）

轻量锁

• 对于轻量锁而言，每个线程维护了一个锁记录，抢占锁的过程就是用CAS将自己的信息与锁对象的对象头mark word部分交换
• 这样其他慢一步的线程CAS会失败，就意识到锁已经被占了
• 可重入只需要在占锁的时候判断锁对象的markword记录的是不是自己的线程id即可，是的话就能够获取锁，也就是叠加一个锁记录
• 释放锁就意味着删除锁记录，直到锁记录清空，就将锁对象头部被修改的字段变回原样
• 轻量锁是认为不会有竞争，如果发生了线程竞争，锁需要升级，不然上述方法没有像monitor的entrylist来管理其他竞争暂时没拿到锁的线程
• 锁升级就是锁膨胀，直接调monitor来管理，就将owner指向当前线程，然后竞争线程去entrylist排队
• 其中涉及自旋优化，就是线程竞争时，第二个线程不用立刻去entrylist中，这样又要涉及上下文切换，可以自旋一会看锁能否抢到

偏向锁

• 轻量锁每次占锁都要用一次CAS来更新锁对象头，如果本来就没啥竞争那CAS就是无用的操作了
• 为了解决这个问题，线程抢锁成功后直接把自己的ID刻在锁对象头中，需要判断重入时只需判断ID是否相同即可