如果你的java基礎(chǔ)較弱，或者不大了解java多線(xiàn)程請(qǐng)先看這篇文章《學(xué)習(xí)Java多線(xiàn)程之線(xiàn)程定義、狀態(tài)和屬性》

同步一直是java多線(xiàn)程的難點(diǎn)，在我們做android開(kāi)發(fā)時(shí)也很少應(yīng)用，但這并不是我們不熟悉同步的理由。希望這篇文章能使更多的人能夠了解并且應(yīng)用java的同步。
在多線(xiàn)程的應(yīng)用中，兩個(gè)或者兩個(gè)以上的線(xiàn)程需要共享對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)的存取。如果兩個(gè)線(xiàn)程存取相同的對(duì)象，并且每一個(gè)線(xiàn)程都調(diào)用了修改該對(duì)象的方法，這種情況通常成為競(jìng)爭(zhēng)條件。
競(jìng)爭(zhēng)條件最容易理解的例子就是：比如火車(chē)賣(mài)票，火車(chē)票是一定的，但賣(mài)火車(chē)票的窗口到處都有，每個(gè)窗口就相當(dāng)于一個(gè)線(xiàn)程，這么多的線(xiàn)程共用所有的火車(chē)票這個(gè)資源。并且無(wú)法保證其原子性，如果在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，兩個(gè)線(xiàn)程同時(shí)使用這個(gè)資源，那他們?nèi)〕龅幕疖?chē)票是一樣的（座位號(hào)一樣），這樣就會(huì)給乘客造成麻煩。解決方法為，當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程要使用火車(chē)票這個(gè)資源時(shí)，我們就交給它一把鎖，等它把事情做完后在把鎖給另一個(gè)要用這個(gè)資源的線(xiàn)程。這樣就不會(huì)出現(xiàn)上述情況。

1. 鎖對(duì)象
synchronized關(guān)鍵字自動(dòng)提供了鎖以及相關(guān)的條件，大多數(shù)需要顯式鎖的情況使用synchronized非常的方便，但是等我們了解ReentrantLock類(lèi)和條件對(duì)象時(shí)，我們能更好的理解synchronized關(guān)鍵字。ReentrantLock是JAVA SE 5.0引入的， 用ReentrantLock保護(hù)代碼塊的結(jié)構(gòu)如下：

mLock.lock();
try{
...
}
finally{
mLock.unlock();
}

這一結(jié)構(gòu)確保任何時(shí)刻只有一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入臨界區(qū)，一旦一個(gè)線(xiàn)程封鎖了鎖對(duì)象，其他任何線(xiàn)程都無(wú)法通過(guò)lock語(yǔ)句。當(dāng)其他線(xiàn)程調(diào)用lock時(shí)，它們則被阻塞直到第一個(gè)線(xiàn)程釋放鎖對(duì)象。把解鎖的操作放在finally中是十分必要的，如果在臨界區(qū)發(fā)生了異常，鎖是必須要釋放的，否則其他線(xiàn)程將會(huì)永遠(yuǎn)阻塞。

2. 條件對(duì)象
進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)在某一個(gè)條件滿(mǎn)足之后，它才能執(zhí)行。要使用一個(gè)條件對(duì)象來(lái)管理那些已經(jīng)獲得了一個(gè)鎖但是卻不能做有用工作的線(xiàn)程，條件對(duì)象又稱(chēng)作條件變量。
我們來(lái)看看下面的例子來(lái)看看為何需要條件對(duì)象

假設(shè)一個(gè)場(chǎng)景我們需要用銀行轉(zhuǎn)賬，我們首先寫(xiě)了銀行的類(lèi)，它的構(gòu)造函數(shù)需要傳入賬戶(hù)數(shù)量和賬戶(hù)金額

public class Bank {
private double[] accounts;
  private Lock bankLock;
  public Bank(int n,double initialBalance){
    accounts=new double[n];
    bankLock=new ReentrantLock();
    for (int i=0;i<accounts.length;i++){
      accounts[i]=initialBalance;
    }
  }
  }

接下來(lái)我們要提款，寫(xiě)一個(gè)提款的方法，from是轉(zhuǎn)賬方，to是接收方，amount轉(zhuǎn)賬金額，結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)賬方余額不足，如果有其他線(xiàn)程給這個(gè)轉(zhuǎn)賬方再存足夠的錢(qián)就可以轉(zhuǎn)賬成功了，但是這個(gè)線(xiàn)程已經(jīng)獲取了鎖，它具有排他性，別的線(xiàn)程也無(wú)法獲取鎖來(lái)進(jìn)行存款操作，這就是我們需要引入條件對(duì)象的原因。

  public void transfer(int from,int to,int amount){
    bankLock.lock();
    try{
      while (accounts[from]<amount){
        //wait
      }
    }finally {
      bankLock.unlock();
    }
  }

一個(gè)鎖對(duì)象擁有多個(gè)相關(guān)的條件對(duì)象，可以用newCondition方法獲得一個(gè)條件對(duì)象，我們得到條件對(duì)象后調(diào)用await方法，當(dāng)前線(xiàn)程就被阻塞了并放棄了鎖

public class Bank {
private double[] accounts;
  private Lock bankLock;
  private Condition condition;
  public Bank(int n,double initialBalance){
    accounts=new double[n];
    bankLock=new ReentrantLock();
    //得到條件對(duì)象
    condition=bankLock.newCondition();
    for (int i=0;i<accounts.length;i++){
      accounts[i]=initialBalance;
    }
  }
  public void transfer(int from,int to,int amount) throws InterruptedException {
    bankLock.lock();
    try{
      while (accounts[from]<amount){
        //阻塞當(dāng)前線(xiàn)程，并放棄鎖
        condition.await();
      }
    }finally {
      bankLock.unlock();
    }
  }
}

等待獲得鎖的線(xiàn)程和調(diào)用await方法的線(xiàn)程本質(zhì)上是不同的，一旦一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用的await方法，他就會(huì)進(jìn)入該條件的等待集。當(dāng)鎖可用時(shí)，該線(xiàn)程不能馬上解鎖，相反他處于阻塞狀態(tài)，直到另一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用了同一個(gè)條件上的signalAll方法時(shí)為止。當(dāng)另一個(gè)線(xiàn)程準(zhǔn)備轉(zhuǎn)賬給我們此前的轉(zhuǎn)賬方時(shí)，只要調(diào)用condition.signalAll()；該調(diào)用會(huì)重新激活因?yàn)檫@一條件而等待的所有線(xiàn)程。
當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用了await方法他沒(méi)法重新激活自身，并寄希望于其他線(xiàn)程來(lái)調(diào)用signalAll方法來(lái)激活自身，如果沒(méi)有其他線(xiàn)程來(lái)激活等待的線(xiàn)程，那么就會(huì)產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象，如果所有的其他線(xiàn)程都被阻塞，最后一個(gè)活動(dòng)線(xiàn)程在解除其他線(xiàn)程阻塞狀態(tài)前調(diào)用await,那么它也被阻塞，就沒(méi)有任何線(xiàn)程可以解除其他線(xiàn)程的阻塞，程序就被掛起了。
那何時(shí)調(diào)用signalAll呢？正常來(lái)說(shuō)應(yīng)該是有利于等待線(xiàn)程的方向改變時(shí)來(lái)調(diào)用signalAll。在這個(gè)例子里就是，當(dāng)一個(gè)賬戶(hù)余額發(fā)生變化時(shí)，等待的線(xiàn)程應(yīng)該有機(jī)會(huì)檢查余額。

 public void transfer(int from,int to,int amount) throws InterruptedException {
    bankLock.lock();
    try{
      while (accounts[from]<amount){
        //阻塞當(dāng)前線(xiàn)程，并放棄鎖
        condition.await();
      }
      //轉(zhuǎn)賬的操作
      ...
      condition.signalAll();
    }finally {
      bankLock.unlock();
    }
  }

當(dāng)調(diào)用signalAll方法時(shí)并不是立即激活一個(gè)等待線(xiàn)程，它僅僅解除了等待線(xiàn)程的阻塞，以便這些線(xiàn)程能夠在當(dāng)前線(xiàn)程退出同步方法后，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的訪(fǎng)問(wèn)。還有一個(gè)方法是signal，它則是隨機(jī)解除某個(gè)線(xiàn)程的阻塞，如果該線(xiàn)程仍然不能運(yùn)行，那么則再次被阻塞，如果沒(méi)有其他線(xiàn)程再次調(diào)用signal，那么系統(tǒng)就死鎖了。

3. Synchronized關(guān)鍵字
Lock和Condition接口為程序設(shè)計(jì)人員提供了高度的鎖定控制，然而大多數(shù)情況下，并不需要那樣的控制，并且可以使用一種嵌入到j(luò)ava語(yǔ)言?xún)?nèi)部的機(jī)制。從Java1.0版開(kāi)始，Java中的每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)內(nèi)部鎖。如果一個(gè)方法用synchronized關(guān)鍵字聲明，那么對(duì)象的鎖將保護(hù)整個(gè)方法。也就是說(shuō)，要調(diào)用該方法，線(xiàn)程必須獲得內(nèi)部的對(duì)象鎖。
換句話(huà)說(shuō)，

public synchronized void method(){

}

等價(jià)于

public void method(){
this.lock.lock();
try{

}finally{
this.lock.unlock();
}

上面銀行的例子，我們可以將Bank類(lèi)的transfer方法聲明為synchronized,而不是使用一個(gè)顯示的鎖。
內(nèi)部對(duì)象鎖只有一個(gè)相關(guān)條件，wait放大添加到一個(gè)線(xiàn)程到等待集中，notifyAll或者notify方法解除等待線(xiàn)程的阻塞狀態(tài)。也就是說(shuō)wait相當(dāng)于調(diào)用condition.await()，notifyAll等價(jià)于condition.signalAll();

我們上面的例子transfer方法也可以這樣寫(xiě)：

  public synchronized void transfer(int from,int to,int amount)throws InterruptedException{
    while (accounts[from]<amount) {
      wait();
    }
    //轉(zhuǎn)賬的操作
    ...
    notifyAll();  
    }

可以看到使用synchronized關(guān)鍵字來(lái)編寫(xiě)代碼要簡(jiǎn)潔很多，當(dāng)然要理解這一代碼，你必須要了解每一個(gè)對(duì)象有一個(gè)內(nèi)部鎖，并且該鎖有一個(gè)內(nèi)部條件。由鎖來(lái)管理那些試圖進(jìn)入synchronized方法的線(xiàn)程，由條件來(lái)管理那些調(diào)用wait的線(xiàn)程。

4. 同步阻塞
上面我們說(shuō)過(guò)，每一個(gè)Java對(duì)象都有一個(gè)鎖，線(xiàn)程可以調(diào)用同步方法來(lái)獲得鎖，還有另一種機(jī)制可以獲得鎖，通過(guò)進(jìn)入一個(gè)同步阻塞，當(dāng)線(xiàn)程進(jìn)入如下形式的阻塞：

synchronized(obj){

}

于是他獲得了obj的鎖。再來(lái)看看Bank類(lèi)

public class Bank {
private double[] accounts;
private Object lock=new Object();
  public Bank(int n,double initialBalance){
    accounts=new double[n];
    for (int i=0;i<accounts.length;i++){
      accounts[i]=initialBalance;
    }
  }
  public void transfer(int from,int to,int amount){
    synchronized(lock){
     //轉(zhuǎn)賬的操作
      ...
    }
  }
}

在此，lock對(duì)象創(chuàng)建僅僅是用來(lái)使用每個(gè)Java對(duì)象持有的鎖。有時(shí)開(kāi)發(fā)人員使用一個(gè)對(duì)象的鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)額外的原子操作，稱(chēng)為客戶(hù)端鎖定。例如Vector類(lèi)，它的方法是同步的?，F(xiàn)在假設(shè)在Vector中存儲(chǔ)銀行余額

 public void transfer(Vector<Double>accounts,int from,int to,int amount){
 accounts.set(from,accounts.get(from)-amount);
 accounts.set(to,accounts.get(to)+amount;
}

Vecror類(lèi)的get和set方法是同步的，但是這并未對(duì)我們有所幫助。在第一次對(duì)get調(diào)用完成以后，一個(gè)線(xiàn)程完全可能在transfer方法中被被剝奪運(yùn)行權(quán)，于是另一個(gè)線(xiàn)程可能在相同的存儲(chǔ)位置存入了不同的值，但是，我們可以截獲這個(gè)鎖

 public void transfer(Vector<Double>accounts,int from,int to,int amount){
 synchronized(accounts){
 accounts.set(from,accounts.get(from)-amount);
 accounts.set(to,accounts.get(to)+amount;
 }
}

客戶(hù)端鎖定（同步代碼塊）是非常脆弱的，通常不推薦使用，一般實(shí)現(xiàn)同步最好用java.util.concurrent包下提供的類(lèi)，比如阻塞隊(duì)列。如果同步方法適合你的程序，那么請(qǐng)盡量的使用同步方法，他可以減少編寫(xiě)代碼的數(shù)量，減少出錯(cuò)的幾率，如果特別需要使用Lock/Condition結(jié)構(gòu)提供的獨(dú)有特性時(shí)，才使用Lock/Condition。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助。

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