一、線程互斥與同步

互斥：指的是多個(gè)線程不能同時(shí)訪問共享變量
同步：指的是多個(gè)線程按指定的順序執(zhí)行操作

在同時(shí)有多個(gè)線程運(yùn)行過程中，如何達(dá)到互斥和同步呢？

• 加鎖即可

在此使用黑馬筆記中room例子來說明鎖。（ps: 以前就了解鎖，但總會(huì)記亂，發(fā)現(xiàn)使用形象化記憶后就很清楚）

解決互斥

• 鎖就相當(dāng)于上圖的房子，里面放著會(huì)被并發(fā)訪問的共享變量
• 此時(shí)綠色區(qū)域（owner)無線程，此時(shí)多個(gè)線程想并發(fā)訪問房子里的共享變量，那么只允許其中一個(gè)線程進(jìn)入房子訪問，并把房門鎖上。
• 剩下的沒有拿到鎖的線程只能在entrylist中排隊(duì)
• owner中的線程訪問結(jié)束后會(huì)離開房子，并告訴entrylist的線程可以進(jìn)房子了
• entrylist的線程開始新一輪的掙鎖，如此反復(fù)
• 這樣就能解決互斥的問題

解決同步

（這涉及到為什么wait(),notify()方法需要用鎖，就是因?yàn)橹挥杏昧随i才能完成同步，那么怎么完成的呢?）

• 多個(gè)線程同時(shí)啟動(dòng)，如果希望B線程在A線程之后執(zhí)行
• 那么當(dāng)B先搶到鎖，即先進(jìn)入了房子，此時(shí)A只能在entrylist中排隊(duì)
• 為了讓A先執(zhí)行，那么可以先讓B進(jìn)入藍(lán)色區(qū)域，即waitset中等待，并且把門打開，告訴entrylist中的線程可以進(jìn)來了
• 那么A進(jìn)來后，執(zhí)行完任務(wù)，臨走時(shí)通知waitset中的B，B再回到綠色區(qū)域執(zhí)行任務(wù)就能保證有序了
• 這樣就能解決同步問題

那么room這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其實(shí)就是synchronized的核心了，接下來總結(jié)synchronized原理的時(shí)候會(huì)一直用room的例子

二、synchronized

很多人對(duì)synchronized原理的理解也就停留在知道字節(jié)碼有個(gè)monitor關(guān)鍵字來管理鎖，再淺一點(diǎn)的只知道怎么用，再者懂得深一點(diǎn)的卻記不住。我之前就是想深入了解一下但覺得苦澀，就看不下去了，看了黑馬的筆記我覺得這玩意兒其實(shí)很簡(jiǎn)單，所以好的老師還是比較重要的。那么在此我也記錄一下怎么更好的去理解synchronized的底層原理

從字節(jié)碼我們可以知道synchronized的底層就是關(guān)聯(lián)了一個(gè)monitor，那么這玩意兒是個(gè)什么東西，怎么實(shí)現(xiàn)鎖的功能呢？

首先，可以把monitor的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成上圖的room，具體點(diǎn)描述如下圖

• synchronized（鎖對(duì)象）的時(shí)候，相當(dāng)于讓鎖對(duì)象綁定了一個(gè)monitor（具體綁定方法不打算在后面總結(jié)）
• 那么多個(gè)線程中方法涉及到該鎖對(duì)象時(shí)，都會(huì)來訪問鎖對(duì)象對(duì)應(yīng)的monitor
• 此時(shí)線程thread-2搶到了鎖，操作就是讓monitor中的owner字段指向thread-2線程，意味著當(dāng)前線程獲取到了基于該monitor的鎖
• 其他沒搶到鎖的，monitor會(huì)將他們放在Entrylist中等待，這些線程只能在隊(duì)列中等著
• thread-2線程完成操作后就會(huì)退出，并通知entrylist的線程重新?lián)屾i
• 如果在執(zhí)行過程中，線程調(diào)用了wait()方法，monitor就會(huì)將他們放入waitset中等待別人喚醒
• （看回room結(jié)構(gòu)）owner進(jìn)入waitset后會(huì)把門打開，讓entrylist的線程進(jìn)來
• 直到某時(shí)刻owner中有線程調(diào)用notify()方法，waitset中的線程才會(huì)被喚醒，喚醒后會(huì)進(jìn)入entrylist中重新?lián)屾i

以上就是synchronized的原理。有人就會(huì)問了，你說的這些文字我都懂啊，搞個(gè)圖擺在這也沒啥用。

接下來我將從上圖直接回答下面的常見的問題

wait()和notify()為什么都得在synchronized后使用？

• wait()就是將線程放入waitset中，那么waitset是在room里面的，不上鎖怎么能進(jìn)room中？同理，不進(jìn)入room，在門外怎么使用notify()怎么能叫醒waitset中的線程？

wait()會(huì)釋放鎖嗎？

• 廢話，不開門的話，怎么放線程進(jìn)來，就更別提喚醒了

notifyALL()為什么不會(huì)喚醒其他鎖對(duì)象的線程？

• 進(jìn)哪個(gè)room才能叫哪個(gè)waitset，進(jìn)了Aroom當(dāng)然只能叫醒A的waiset了

說說synchronized的原理？

•  把圖畫出來就行了

線程什么時(shí)候從runnable變成waiting,什么時(shí)候變成block?

• 看圖，進(jìn)入waiset就是wait，所以調(diào)wait()就變成waiting狀態(tài)進(jìn)入entrylist就是block，所以被喚醒后以及沒搶到鎖都變block 。。。。。。。。。。。。

注意了，這里涉及monitor的原理都是synchronized最根本的原理，也稱重量級(jí)鎖，可以看到monitor會(huì)頻繁切換線程狀態(tài)，效率比較低。后來synchronized改進(jìn)了，在使用monitor前還有好幾種方案，分別為偏向鎖，輕量鎖，以及自旋優(yōu)化。這部分也是面試常考點(diǎn)，也容易記亂，但用圖例去記就很清楚。

那么接下來就說說synchronized的改進(jìn)

三、輕量鎖與偏向鎖

輕量鎖與偏向鎖的核心都是先不讓線程沖突的時(shí)候直接去找monitor,而是先用鎖對(duì)象的對(duì)象頭字段來解決沖突

（寫博客好累啊。。。算了我就總結(jié)一些自己覺得關(guān)鍵的地方吧）

輕量鎖

• 對(duì)于輕量鎖而言，每個(gè)線程維護(hù)了一個(gè)鎖記錄，搶占鎖的過程就是用CAS將自己的信息與鎖對(duì)象的對(duì)象頭mark word部分交換
• 這樣其他慢一步的線程CAS會(huì)失敗，就意識(shí)到鎖已經(jīng)被占了
• 可重入只需要在占鎖的時(shí)候判斷鎖對(duì)象的markword記錄的是不是自己的線程id即可，是的話就能夠獲取鎖，也就是疊加一個(gè)鎖記錄
• 釋放鎖就意味著刪除鎖記錄，直到鎖記錄清空，就將鎖對(duì)象頭部被修改的字段變回原樣
• 輕量鎖是認(rèn)為不會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)，如果發(fā)生了線程競(jìng)爭(zhēng)，鎖需要升級(jí)，不然上述方法沒有像monitor的entrylist來管理其他競(jìng)爭(zhēng)暫時(shí)沒拿到鎖的線程
• 鎖升級(jí)就是鎖膨脹，直接調(diào)monitor來管理，就將owner指向當(dāng)前線程，然后競(jìng)爭(zhēng)線程去entrylist排隊(duì)
• 其中涉及自旋優(yōu)化，就是線程競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，第二個(gè)線程不用立刻去entrylist中，這樣又要涉及上下文切換，可以自旋一會(huì)看鎖能否搶到

偏向鎖

• 輕量鎖每次占鎖都要用一次CAS來更新鎖對(duì)象頭，如果本來就沒啥競(jìng)爭(zhēng)那CAS就是無用的操作了
• 為了解決這個(gè)問題，線程搶鎖成功后直接把自己的ID刻在鎖對(duì)象頭中，需要判斷重入時(shí)只需判斷ID是否相同即可

到此這篇關(guān)于總結(jié)java多線程之互斥與同步解決方案的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java多線程之互斥與同步內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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