Java多線程的定義狀態和屬性

　　同步一直是java多線程的難點，在我們做android開發時也很少應用，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用java的同步。

　　在多線程的應用中，兩個或者兩個以上的線程需要共享對同一個數據的存取。如果兩個線程存取相同的對象，并且每一個線程都調用了修改該對象的方法，這種情況通常成為競爭條件。

　　競爭條件最容易理解的例子就是：比如火車賣票，火車票是一定的，但賣火車票的窗口到處都有，每個窗口就相當于一個線程，這么多的線程共用所有的火車票這個資源。并且無法保證其原子性，如果在一個時間點上，兩個線程同時使用這個資源，那他們取出的火車票是一樣的（座位號一樣），這樣就會給乘客造成麻煩。解決方法為，當一個線程要使用火車票這個資源時，我們就交給它一把鎖，等它把事情做完后在把鎖給另一個要用這個資源的線程。這樣就不會出現上述情況。

　　1. 鎖對象

　　synchronized關鍵字自動提供了鎖以及相關的條件，大多數需要顯式鎖的情況使用synchronized非常的方便，但是等我們了解ReentrantLock類和條件對象時，我們能更好的理解synchronized關鍵字。ReentrantLock是JAVA SE 5.0引入的， 用ReentrantLock保護代碼塊的結構如下：

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

　　這一結構確保任何時刻只有一個線程進入臨界區，一旦一個線程封鎖了鎖對象，其他任何線程都無法通過lock語句。當其他線程調用lock時，它們則被阻塞直到第一個線程釋放鎖對象。把解鎖的操作放在finally中是十分必要的，如果在臨界區發生了異常，鎖是必須要釋放的，否則其他線程將會永遠阻塞。

　　2. 條件對象

　　進入臨界區時，卻發現在某一個條件滿足之后，它才能執行。要使用一個條件對象來管理那些已經獲得了一個鎖但是卻不能做有用工作的線程，條件對象又稱作條件變量。

　　我們來看看下面的例子來看看為何需要條件對象

　　假設一個場景我們需要用銀行轉賬，我們首先寫了銀行的類，它的構造函數需要傳入賬戶數量和賬戶金額

　　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; } } }

　　接下來我們要提款，寫一個提款的方法，from是轉賬方，to是接收方，amount轉賬金額，結果我們發現轉賬方余額不足，如果有其他線程給這個轉賬方再存足夠的錢就可以轉賬成功了，但是這個線程已經獲取了鎖，它具有排他性，別的線程也無法獲取鎖來進行存款操作，這就是我們需要引入條件對象的原因。

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

　　一個鎖對象擁有多個相關的條件對象，可以用newCondition方法獲得一個條件對象，我們得到條件對象后調用await方法，當前線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){ //阻塞當前線程，并放棄鎖 condition.await(); } }finally { bankLock.unlock(); } }}

　　等待獲得鎖的線程和調用await方法的線程本質上是不同的，一旦一個線程調用的await方法，他就會進入該條件的等待集。當鎖可用時，該線程不能馬上解鎖，相反他處于阻塞狀態，直到另一個線程調用了同一個條件上的signalAll方法時為止。當另一個線程準備轉賬給我們此前的轉賬方時，只要調用condition.signalAll()；該調用會重新激活因為這一條件而等待的所有線程。

　　當一個線程調用了await方法他沒法重新激活自身，并寄希望于其他線程來調用signalAll方法來激活自身，如果沒有其他線程來激活等待的線程，那么就會產生死鎖現象，如果所有的其他線程都被阻塞，最后一個活動線程在解除其他線程阻塞狀態前調用await,那么它也被阻塞，就沒有任何線程可以解除其他線程的阻塞，程序就被掛起了。

　　那何時調用signalAll呢？正常來說應該是有利于等待線程的方向改變時來調用signalAll。在這個例子里就是，當一個賬戶余額發生變化時，等待的線程應該有機會檢查余額。

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

　　當調用signalAll方法時并不是立即激活一個等待線程，它僅僅解除了等待線程的阻塞，以便這些線程能夠在當前線程退出同步方法后，通過競爭實現對對象的訪問。還有一個方法是signal，它則是隨機解除某個線程的阻塞，如果該線程仍然不能運行，那么則再次被阻塞，如果沒有其他線程再次調用signal，那么系統就死鎖了。

　　3. Synchronized關鍵字

　　Lock和Condition接口為程序設計人員提供了高度的鎖定控制，然而大多數情況下，并不需要那樣的控制，并且可以使用一種嵌入到java語言內部的機制。從Java1.0版開始，Java中的每一個對象都有一個內部鎖。如果一個方法用synchronized關鍵字聲明，那么對象的鎖將保護整個方法。也就是說，要調用該方法，線程必須獲得內部的對象鎖。

　　換句話說，public synchronized void method(){}等價于public void method(){this.lock.lock();try{}finally{this.lock.unlock();}

　　上面銀行的例子，我們可以將Bank類的transfer方法聲明為synchronized,而不是使用一個顯示的鎖。

　　內部對象鎖只有一個相關條件，wait放大添加到一個線程到等待集中，notifyAll或者notify方法解除等待線程的阻塞狀態。也就是說wait相當于調用condition.await()，notifyAll等價于condition.signalAll();

　　我們上面的例子transfer方法也可以這樣寫：

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

　　可以看到使用synchronized關鍵字來編寫代碼要簡潔很多，當然要理解這一代碼，你必須要了解每一個對象有一個內部鎖，并且該鎖有一個內部條件。由鎖來管理那些試圖進入synchronized方法的線程，由條件來管理那些調用wait的線程。

　　4. 同步阻塞

　　上面我們說過，每一個Java對象都有一個鎖，線程可以調用同步方法來獲得鎖，還有另一種機制可以獲得鎖，通過進入一個同步阻塞，當線程進入如下形式的阻塞：

　　synchronized(obj){}

　　于是他獲得了obj的鎖。再來看看Bank類

　　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){ //轉賬的操作 ... } }}

　　在此，lock對象創建僅僅是用來使用每個Java對象持有的鎖。有時開發人員使用一個對象的鎖來實現額外的原子操作，稱為客戶端鎖定。例如Vector類，它的方法是同步的。現在假設在Vector中存儲銀行余額

　　public void transfer(Vectoraccounts,int from,int to,int amount){ accounts.set(from,accounts.get(from)-amount); accounts.set(to,accounts.get(to)+amount;}

　　Vecror類的get和set方法是同步的，但是這并未對我們有所幫助。在第一次對get調用完成以后，一個線程完全可能在transfer方法中被被剝奪運行權，于是另一個線程可能在相同的存儲位置存入了不同的值，但是，我們可以截獲這個鎖

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

　　客戶端鎖定（同步代碼塊）是非常脆弱的，通常不推薦使用，一般實現同步最好用java.util.concurrent包下提供的類，比如阻塞隊列。如果同步方法適合你的程序，那么請盡量的使用同步方法，他可以減少編寫代碼的數量，減少出錯的幾率，如果特別需要使用Lock/Condition結構提供的獨有特性時，才使用Lock/Condition。

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