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关键字 synchronized 可以保证在同一时刻,只有一个线程可以执行某一个方法,或者某一段代码块。许多程序员把同步的概念仅仅理解为一种互斥的方式。即,当一个对象被一个线程修改的时候,可以阻止另一个线程观察到内部不一致的状态。
这种观点是正确的,但是它并没有说明同步的全部意义。如果没有同步,一个线程的变化就不能被其他线程看到。同步不仅可以阻止一个线程看到对象处于不一致的状态之中,它还可以保证进入同步方法或代码块的每个线程,都看到由一个同步锁保护的之前所有的修改效果。
你可能听说过,为了提高性能,在读或者写原子数据的时候,应该避免使用同步。这个建议是非常危险而错误的。虽然语言规范保证了线程在读取原子数据的时候,不会看到任意的数值,但是它并不保证一个线程写入的值对于另一个线程将是可见的。为了在线程间进行可靠的通信,也为了互斥访问,同步是必要的。这归因于 java 语言规范中的内存模型,它规定了一个线程所做的变化何时以及如何变成对其他线程可见。
如果对共享的可变数据的访问不能同步,其后果将非常可怕,即使这个变量是原子可读写的。
测试以下代码
public class StopThread {private static boolean stop;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {System.out.println(LocalDateTime.now());Thread t = new Thread(()->{int i = 0;while(!stop){i++;}System.out.println(LocalDateTime.now());});t.start();Thread.sleep(1000);stop = true;}
}
看上去这段代码的意思就是1s 之后停止,但实际上,它根本不会停止;后台线程永远在循环
问题在于,没有同步,就不能保证后台线程什么时候会发现主线程修改了 stop 的值
想要修复的这个问题,可以加上同步操作
public class StopThread {private static boolean stop;private static synchronized void setStop(){stop = true;}private static synchronized boolean getStop(){return stop;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {System.out.println(LocalDateTime.now());Thread t = new Thread(()->{int i = 0;while(!getStop()){i++;}System.out.println(LocalDateTime.now());});t.start();Thread.sleep(1000);setStop();}
}
注意,在上面的修改中,写和读方法都添加了同步关键字。如果只有一个则可能无效,读和写是两个动作,都需要被同步,才能真正完成同步。
synchronized 关键字由java 自动帮我们处理为锁,实际上,针对上面的要求,我们可以用一个更简单高效的关键字来处理:volatile
也就是在stop 前加上 volatile 修饰,就可以了,不需要再用 同步处理读和写。volatile 不提供锁和互斥操作,它只保证内存可见性,这里我们需要的也就是内存可见性——任何线程所修改之后,立刻被其他线程所见。
所以,要正确区分 synchronized 和 volatile 。synchronized 提供互斥操作,也就是任意时刻,所修饰的代码块或方法只能有一个线程在执行。而volatile 只能保证可见,没有互斥性。
以下代码可以做个试验
private static volatile int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for(int x =0;x<10;x++){new Thread(() ->{for(int i =0;i<1000;i++){count ++;}}).start();}Thread.sleep(2000); // 保证多线程已经结束System.out.println(count);
}
多次执行之后,你会发现,count 不一定是 10000,大概率是9000多。
因为 voletile 只可见,不提供互斥,而 count++ 实际上是3个动作,先读取count 值,然后+1 ,最后写回到count 值
所以,可能发生 2个(或多个)线程同时读取到 count 比如 6,然后同时在内存中计算出 7,最后都写回7.这样6经过2次自增,结果却是7 。多次循环下来,最后结果就是不到10000
这样的需求,就只能使用同步,或者锁, 或者 原子类。
综上,如果需要多线程,一定要注意互斥性。如果只需要可见,则需要 volatile 可见性。如果无法确认,多数时候,还是用互斥比较稳妥,至少保证程序不出错。
多线程编程中一定要注意,并且,这种bug 非常难以处理。在debug 环境下,往往无法复现真正的多线程中的大量并发,也就很难复现这样的错误。