Java并发编程实战 第2章 线程安全性
编写线程安全的 代码,核心在与对共享的和可变的对象的状态的访问。
如果多个线程访问一个可变的对象时没有使用同步,那么就会出现错误。在这种情况下,有3中方式可以修复这个问题:
- 不在线程之间共享该状态变量
- 将状态变量修改为不可变的变量
- 在访问状态变量时使用同步
线程安全性的定义:
在多个线程访问某个类时,不管运行环境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么我们就说这个类是线程安全的。
无状态对象:
不包含任何域,也不包含对其他类中域的引用。
一个无状态的对象,一定是线程安全的。
比如我们平时写的Servlet。
PS:Servlet中可能包含一个Dao域,但是在和Dao本身也是无状态的,我们本身是可以将Dao的代码直接分解到Servlet中,不需要Dao。但是为了实现代码解耦的效果,加入了Dao。
竞态条件
竞态条件(race condition),从多进程间通信的角度来讲,是指两个或多个进程对共享的数据进行读或写的操作时,最终的结果取决于这些进程的执行顺序。
常见的竞态条件如:先检查后执行。
原子操作:
一些简单的竞态条件,可以通过原子操作,解决。
如通过AtomicInteger的incrementAndGet()解决计数器的竞态条件
加锁机制:
复杂的竞态条件需要使用锁来解决。
每个java对象都有一个内置的锁,这个锁被称为内置锁或者监视锁。在这个对象内部的方法上(非static方法)的使用synchronized就是默认使用的这个锁。
内置锁是互斥的,可重入的。
用锁来保护状态
对于可能被多个线程同时访问的可变状态变量,在访问它时都需要持有同一个锁,这种状态下,我们成状态变量时由这个锁保护的。
活跃性和性能
一些概念:
安全性是指"永远不会发生糟糕的事情",我们使用锁和同步就是为了保证安全性。
活跃性是指"某件正确的事情最终会发生",当某个操作不能执行下去,就会出现活跃性问题,如死循环。
性能问题:响应时间,吞吐率,资源消耗,伸缩性等。
我们可以通过锁来解决安全问题,但是也要兼顾活跃性和性能。
重要的是不要粗暴的直接在一个复杂的方法上加synchronize,而是分解。我们看一个例子:
- package com.zjf;
- import java.math.BigInteger;
- import java.util.concurrent.ExecutorService;
- import java.util.concurrent.Executors;
- import java.util.concurrent.TimeUnit;
- /**
- * 一个获取用于计算整数的平方的类
- * 实现了缓存
- * @author hadoop
- *
- */
- public class PowerCache {
- //使用全局变量 作为竞争资源
- public static final PowerCache pc = new PowerCache();
- //记录上一个传入的数值 为多个线程共享
- private BigInteger lastNumber;
- //记录上一个计算的平方结果 为多个线程共享
- private BigInteger lastPower;
- //记录power方法调用了多少次 为多个线程共享
- private long hits;
- //记录命中缓存的次数 为多个线程共享
- private long cacheHits;
- //访问了共享数据 注意标注方法为synchronized
- public synchronized long getHits()
- {
- return hits;
- }
- //访问了共享数据 注意标注方法为synchronized
- public synchronized long getCacheHit()
- {
- return cacheHits;
- }
- //命中缓存的概率 访问了共享数据 注意标注方法为synchronized
- public synchronized double getCacheHitRatio()
- {
- return (double)cacheHits / (double) hits;
- }
- public BigInteger power(BigInteger i)
- {
- BigInteger power = null;
- //分割对比和命中缓存部分为一个synchronized
- synchronized(this) {
- hits++;
- if(i.equals(lastNumber))
- {
- power = lastPower;
- cacheHits++;
- }
- }
- if(power == null)
- {
- //将计算这种耗时逻辑放在synchronized外部
- power = i.pow(2);
- //分割的第二个synchronized块 用于没有命中的结果 需要记录进缓存
- synchronized (this) {
- lastNumber = i;
- lastPower = new BigInteger(power.toString());//复制一份 这一步骤有问题 其实不用复制 这是多此一举 因为BigInteger是不可变对象
- }
- }
- return power;
- }
- //测试逻辑
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- PowerCache pc = new PowerCache();
- ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
- for(int i = 0; i < 100; i++)
- {
- es.execute(new Runnable() {
- public void run() {
- BigInteger bi = BigInteger.valueOf((long)(Math.random() * 10));
- System.out.println(bi + ":" + PowerCache.pc.power(bi));
- }
- });
- }
- es.shutdown();
- TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
- System.out.println(PowerCache.pc.getHits());
- System.out.println(PowerCache.pc.getCacheHit());
- System.out.println(PowerCache.pc.getCacheHitRatio());
- }
- }
要判断同步代码块的合理大小,需要在各种设计之间进行权衡,包括安全性,简单性,和性能。
当执行时间较长的计算或者无法快速完成的操作时,如网络IO或者控制台IO。一定不要持有锁。
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