Java并发编程(一) 基础知识

1. 原子性

操作的原子性是即不能被分割的操作，和数据库中事务的原子性概念一致，即要么不执行，要么全部完成。有很多看起来具有原子性操作的实际上并不具有“原子性”，例如：

“读取-修改-写入”操作：形式上像 i++ 一样简单的语句实际上并不是一个具有“原子性”的操作，它实际上包含三步：

　　读取原来的值

　　修改值

　　写入新的值

　并且这三步之间是可以被分割执行的。

2. 竞态条件

在多线程环境下，遇到不恰当的执行时序会出现不正确结果的情况称为竞态条件，竞态条件并不一定会导致错误，还需要某种不恰当的执行时序。常见的会导致竞态条件的语句结构有：

　　“读取-修改-写入”结构：即更新变量成为一个新值，并且该新值依赖于旧值。

　　“先检查后执行”结构：即执行操作之前要先验证一个条件，例如：if-else语句。

3.加锁

对于需要保证原子性的操作，我们可以通过加锁来实现多个线程之间的互斥访问。Java提供了内置锁机制来方便地给某个操作加锁，Java中每个对象都有一个内置的锁，我们可以通过synchronized关键字来使用内置锁机制，通常包括两种形式：synchronized块和synchronized方法。

//synchronized块
synchronized(obj)   //使用对象obj的内置锁
{
  // .......
}

//synchronized方法
public  synchronized method() 
{
  // .......
}
//就相当于
public method()
{ 
  synchronized(this)
  {
    // ....... 
  }
}

Java的内置锁是可重入的，即持有锁的单位是线程，而不是调用。因此，对于某个已经持有锁X的线程，再次请求锁X会成功，这种情况常见于递归调用：

public void method()
{
   synchronized(obj)
  {
     //.....
     method();
  }
}

一种常见的错误是认为只有在对共享变量进行写入时才需要加锁，事实上只要访问共享变量，无论是读操作还是写操作，都需要加锁。

4. 可见性

通常情况下，我们需要实现只有一个线程能执行一些互斥的操作，我们还可能需要在执行完这个操作后使其他线程知道发生的改变，这就需要同步机制来保证操作执行之后的内存可见性。

Java中的内置锁和显示锁都支持同步机制，对于显示锁可以使用常用的notify方法和wait方法等。Java中还可以通过volatile关键字来实现轻量级的同步，通常用来实现变量的内存可见性。

volatile修饰的变量上的操作不会被重排序，访问volatile变量时不会使用缓存中的值，总是会得到最新写入的值。需要注意的是和加锁不一样的是，volatile关键字只能确保内存可见性，但不能确保原子性。使用volatile变量需要满足以下条件：

　　（1）对该变量的访问可以是非互斥的

　　（2）更新该变量的值不依赖于旧值（如：volatile不能保证自增操作的原子性），如果依赖于旧值则需要确保只有一个线程更新该变量的值

volatile变量通常用作状态变量，例如，常用作判断某个循环是否应该退出的状态标记：

volatile  boolean  running = true;

public void run()
{
  while(running)
  {
    //.....
  }
}

public void stop()
{
   running = false;
}

5.发布与逸出

发布一个对象是指使对象能够在当前作用域之外的代码中使用，例如：将该对象的引用传递给其他方法，或者在public方法中返回对象的引用。这样，这个对象就可以在其他代码中被修改。当某个对象在不该被发布的时候发布了，就称为逸出。

常见的逸出包括：

（1）在public方法中返回私有成员（可变）的引用

class  Test
{
   private Date  birthday;
 
   public void getBirthday()
  {
     return birthday;
  }
}

Date类对象不是不可变对象，因此返回Date类对象的引用后，就可以在外部代码中修改它的值，说明这个类的封装性不够好。

（2）在对象构造完成之前就传递this引用到其他地方

class  A
{
   private int num;   

   public A()
   {
        new B(this);                 //发布this引用到B类的对象中
        num++;                       //本意是希望num变成1，结果实际上是2
   }

   public void addNum()
  {
     num++;
  }
   
}

class  B
{
   public B(A a)
  {
      a.addNum();
  }
}

上面的错误比较容易看出来，一种更加隐晦的错误情况是在构造函数中启动一个线程:

class A
{
    public A()
   {
       new Task(this).start();
       //.....
   }
}

class Task implements Runnable
{
   A  a;
  
   Task(A a)
   {
      this.a = a;
   }

   public  void  run()
  {
       //操作a
  }
}

上述情况可能会导致A类对象尚未创建完成时便在另一个线程中被修改。

6. 线程封闭

仅在单线程内访问数据，就不需要同步以及互斥，这种技术称为线程封闭。Swing中大量使用了线程封闭技术，在Swing技术中，对界面组件的操作都要在EDT（event dispath thread）线程中执行。如果需要在其他线程中更新Swing界面组件，Swing提供了invokeLater方法和invokeAndWait方法来提交更新Swing界面组件的请求。因此，使用Swing编写的程序的main函数形式应该如下：

public static void main(String[] args)
{
    EventQueue.invokeLater(new Runnable(){
        public void run()
        {
            JFrame mainFrame = new JFrame();
            mainFrame.setVisible(true);
        }
    });
}

参考资料《Java并发编程实战》