关于线程同步的一些小记

关于线程同步的一些小记

多线程同步作为基础还是很重要的，在面试中基本作为必备问题，然而在平时的 Android 开发中使用的频率却不是很高，因为一个 synchronized 关键字即可帮我们解决绝大部分情况，但是如果在面试中仅仅回答 synchronized 就略显单薄了，这里记录一下关于多线程同步的一些点。

1.synchronized 最强大最方便的线程同步方法

synchronized 具有 原子性 以及 可见性 ：

  * 原子性

  原子性是指这个操作时不可分割的，例如 int a=0; 那么我们说这个操作具有原子性。
  非原子性的操作都会存在线程安全问题。
  当一系列操作具有原子性时，别的线程只能等待这一系列的操作完成之后，
  才能修改这一操作相关的变量。

  * 可见性

  可见性指的是线程之间的可见性，一个线程修改的状态对另一个线程是可见的。
  也就是说一个线程修改变量的结果，另一个线程马上就能看到。

synchronized 可以修饰变量或是方法，还可以定义同步代码块。由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时，内置锁会保护整个方法。在调用该方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类。

在同步控制方法或同步控制块中可以调用 wait() 和 notifyAll() 来实现控制多线程同步的问题。例如生产者消费者问题等。

2.使用特殊域变量(volatile)实现线程同步

volatile 具有可见性而不具有原子性。所以不能使用该关键字实现程序计数器。

  * volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制，
  * 使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新，
  * 因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值
  * volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量
  * 要始终牢记使用 volatile 的限制 —— 只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile  

这里插一个知识点，在使用双重锁定的单例模式时，单例变量 mInstance 必须申明为 volatile 变量，这是因为 java 平台内存模型是无序写入的，一个类在 new 的过程中可能会返回一个没有充分初始化的引用，这个引用如果恰好被其他线程通过 getInstance 获取就会出现问题，所以将 mInstance 申明为 volatile ，使得获取的引用都是最后充分初始化后的类，才能保证线程安全问题。

3.使用 Lock 实现同步

Lock 是一种比 synchronized 更强大的锁的方式。

java.util.concurrent.lock 中的 Lock 框架是锁定的一个抽象，它允许把锁定的实现作为 Java 类，而不是作为语言的特性来实现。这就为 Lock 的多种实现留下了空间，各种实现可能有不同的调度算法、性能特性或者锁定语义。

ReentrantLock 类实现了 Lock ，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，但是添加了类似锁投票、定时锁等候和可中断锁等候的一些特性。此外，它还提供了在激烈争用情况下更佳的性能。（换句话说，当许多线程都想访问共享资源时，JVM 可以花更少的时候来调度线程，把更多时间用在执行线程上）

需要注意的是，用 sychronized 修饰的方法或者语句块在代码执行完之后锁自动释放，而 用 Lock 需要我们手动释放锁，所以为了保证锁最终被释放(发生异常情况)，要把互斥区放在 try 内，释放锁放在 finally 内！！

ReadWriteLock 读写锁，与互斥锁相比，读写锁允许对共享数据进行更高级别的并发访问。虽然一次只有一个线程（writer 线程）可以修改共享数据，但在许多情况下，任何数量的线程可以同时读取共享数据（reader 线程）。从理论上讲，与互斥锁定相比，使用读-写锁定所允许的并发性增强将带来更大的性能提高。

Lock 与 Condition 的配合使用，Condition 可以替代传统的线程间通信，用 await() 替换 wait() ，用 signal() 替换 notify() ，用 signalAll() 替换 notifyAll()。Condition 的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的 Condition 。具体代码可参考 Link

4.使用 ThreadLocal

如果使用 ThreadLocal 管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。例如 Android 中著名的 Looper 就是一个线程的局部变量。关于 ThreadLocal 的工作原理请参考 Link

5.线程安全的一些集合

JDK 1.2 中引入的 Collection 框架是一种表示对象集合的高度灵活的框架，它使用基本接口 List、Set 和 Map。通过 JDK 提供每个集合的多次实现（HashMap、Hashtable、TreeMap、WeakHashMap、HashSet、TreeSet、Vector、ArrayList、LinkedList 等等）。其中一些集合已经是线程安全的（ Hashtable 和 Vector ），通过同步的封装工厂（ Collections.synchronizedMap()、synchronizedList() 和 synchronizedSet()），其余的集合均可表现为线程安全的。

java.util.concurrent 包添加了多个新的线程安全集合类（ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet）。这些类的目的是提供高性能、高度可伸缩性、线程安全的基本集合类型版本。

java.util 中的线程集合仍有一些缺点。例如，在迭代锁定时，通常需要将该锁定保留在集合中，否则，会有抛出 ConcurrentModificationException 的危险。（这个特性有时称为条件线程安全；有关的更多说明，请参阅参考资料。）此外，如果从多个线程频繁地访问集合，则常常不能很好地执行这些类。java.util.concurrent 中的新集合类允许通过在语义中的少量更改来获得更高的并发。

JDK 5.0 还提供了两个新集合接口 --Queue 和 BlockingQueue。Queue 接口与 List 类似，但它只允许从后面插入，从前面删除。通过消除 List 的随机访问要求，可以创建比现有 ArrayList 和 LinkedList 实现性能更好的 Queue 实现。因为 List 的许多应用程序实际上不需要随机访问，所以Queue 通常可以替代 List，来获得更好的性能。

6.生产者消费者模式的五种写法

Link

搞定这些，面试中关于 java 线程同步的问题都可以扯上一二了。