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【Java ee初阶】多线程（4）

news 来源：原创 2025/5/24 22:23:02

一、java是怎么做到可重入的

java中，通过synchronized进行加锁，指定一个（）包含了一个锁对象。（锁对象本身是一个啥样的对象，这并不重要，重点关注锁对象是不是同一个对象）

后面搭配{}.进入遇到{就触发加锁操作遇到 } 就触发解锁操作防止解锁操作被遗忘

如果一个线程加锁，一个线程不加锁；一个线程针对locker1加锁，一个线程针对locker2加锁......

锁相当于都不会产生冲突，不会产生阻塞。

二、synchronized的特性

1.互斥

2.可重入一个线程，一把锁，这个线程针对这个锁，连续加锁两次

synchronized(locker){

synchronized(locker)

}

locker已经是被加锁的状态了.尝试对一个已经上了锁进行加锁，就会产生阻塞

此处阻塞的接触，需要先释放第一次锁

要想释放第一次加锁，需要先加上第二次的锁

一个线程针对一把锁，连续加锁多次，不会触发死锁——>可重入

可重入这个现象是如何做到的呢？

让锁对象本身，记录下来拥有者是哪个线程（把线程id给保存下来了）

Object...Java的对象，除了又一个内存区域，保存程序员自定义的成员之外，还有一个隐藏区域，用来保存“对象头”。

对象头是JVM去维护的，保存了这个对象的一些其他运行信息，例如，加锁状态，哪个线程加了锁等等。

当我们已经给一个对象加锁了，后序再去针对这个对象加锁，那么就会先判定，当前尝试加锁的线程，是不是已经持有这个锁的线程。如果没有，才触发阻塞，如果有，不触发阻塞，直接放行。

二、死锁的情况

可重入锁，只能处理死锁的其中一种情况，没办法处理其他情况

1.一个线程一把锁，连续加锁两次

2.两个线程两把锁，每个线程先获得一把锁，再尝试获取对方的锁

package Thread;public class demo24 {private static Object locker1 = new Object(); private static Object locker2 = new Object(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> { synchronized (locker1) { System.out.println("t1拿到了locker1");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}synchronized (locker2) { System.out.println("t1拿到了locker2");  }}
});Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (locker2) { System.out.println("t2拿到了locker2");try {Thread.sleep(1000);}   catch (InterruptedException e) {}synchronized (locker1) { System.out.println("t2拿到了locker1");}  }   });t1.start();t2.start();t1.join(); // 等待t1线程执行完毕，才能继续执行后面的代码t2.join(); // 等待t2线程执行完毕，才能继续执行后面的代码}}

输出：

3.N个线程M把锁，也会构成死锁

“哲学家就餐问题”

三、如何避免死锁的出现

死锁这样的情况就是会客观发生的，线程一旦出现死锁，线程就卡死了，不动了，后序的逻辑就无法正常执行了，这是bug

如何避免代码中出现死锁呢？

关键在于理解死锁的“四个必要条件”

1.锁是互斥的——我们现在正在学习的synchronized是互斥的

2.锁不可被抢占——线程1拿到锁之后，线程2也想要这个锁，线程2会阻塞等待，而不是直接把锁抢过来

（对于synchronized来说，条件1和条件2 都是synchronized的基本特点）

3.请求和保持——拿到第一把锁的情况下，不去释放第一把锁，再尝试请求第二把锁（*确实有一定的场景是需要拿到锁1 的前提下再尝试去拿锁2）

4.循环等待——等待锁释放，等待的关系（顺序）构成了循环

(*也就是不要让等待关系构成循环针对锁进行编号

；约定，加多个锁的时候，必须按照一定的顺序来加锁，比如按照编号从小到大的顺序)

上述两种是开发中比较实用的方法，还有一些其他的方案，也能解决死锁问题。

package Thread;public class demo24 {private static Object locker1 = new Object(); private static Object locker2 = new Object(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> { synchronized (locker1) { System.out.println("t1拿到了locker1");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}synchronized (locker2) { System.out.println("t1拿到了locker2");  }
});Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (locker2) { System.out.println("t2拿到了locker2");try {Thread.sleep(1000);}   catch (InterruptedException e) {}}   //把第二把锁的加锁操作放到第一把锁的外面，先释放第一把锁，再获取第二把锁，这样就不会出现死锁的情况了。synchronized (locker1) { System.out.println("t2拿到了locker1");}  });t1.start();t2.start();t1.join(); // 等待t1线程执行完毕，才能继续执行后面的代码t2.join(); // 等待t2线程执行完毕，才能继续执行后面的代码}}

四、Java 标准库中的线程安全类

Java 标准库中很多都是线程不安全的. 这些类可能会涉及到多线程修改共享数据, 也没有任何加锁措施

这些常用的集合类，大多是线程不安全的，把加锁策略交给程序员

但是还有⼀些是线程安全的. 使用了一些锁机制来进行控制

其中 Vector 和 HashTable 是Java早年间起，各位java大佬还不够成熟的时候引入的设定

现在的话这些设定已经被推翻，不建议再使用

有的虽然没有加锁, 但是不涉及 "修改", 仍然是线程安全的

*解决线程安全问题，我们使用加锁的方式。但是加锁是有代价的，加锁会非常明显地影响到程序的执行效率。加锁意味着可能触发锁竞争，一旦触发竞争就会产生阻塞。某个线程一旦因为加锁阻塞，能回来继续执行任务的时间就不确定了。写代码的时候需要考虑清楚某个地方是否要加锁。

五、内存可见性引起的线程安全问题

package Thread;public class Demo15 {public static int count = 0; // 共享变量，多个线程共同修改的变量，称为共享变量public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> { // 线程t1for (int i = 0; i < 5000; i++) { // 循环5000次count++; // 自增操作，相当于count = count + 1}});Thread t2 = new Thread(() -> { // 线程t2for (int i = 0; i < 5000; i++) { // 循环5000次count++; // 自增操作，相当于count = count + 1}});t1.start(); // 启动线程t1t2.start(); // 启动线程t2// 等待线程t1和线程t2执行完毕t1.join(); // 等待线程t1执行完毕t2.join(); // 等待线程t2执行完毕System.out.println(count); // 打印count的值，应该是10000，因为每个线程都自增了5000次}}

这个问题产生的原因，就是“内存可见性”

flag变量的修改，对于t1线程“不可见了”，t2修改了flag，但是t1看不见

编译器优化

主流编程语言，编译器的设计者（对于Java来说，谈到的编译器包括javac和jvm）考虑到一个问题：实际上写代码的程序员，水平是参差不齐的（具有一定的差距）

虽然有的程序员水平不高，写的代码效率比较低，编译器在编译执行的时候，分析理解现有代码的意图和效果，然后自动对这个代码进行调整和优化，在确保程序执行逻辑不变的前提下，提高程序的效率。

编译器优化的效果是很明显，但是大前提是“程序的逻辑不变”

大多数情况下，编译器优化，都可以做到“逻辑不变的前提”

但是在有些特定场景下，编译器优化可能出现“误判”，导致逻辑发生改变。

“多线程代码”

对于这个程序来说，编译器看到的效果是：有一个变量flag，会快速地，反复地读取整个内存的值（反复执行load\cmp\load\cmp）；同时，反复执行的过程中，每次拿到的flag的值还都是一样的，上述的load操作相比cmp，耗时会多很多，读取内存，比读取寄存器，效率会慢很多（几百倍，几千倍）

既然load读取的值都是一样的，而且load开销这么多，于是编译器直接把从内存读取flag这个操作给优化掉了。上述操作只是前几次读内存，后面发现一样，就干脆从读好的寄存器中直接获取这个flag的值，此时，循环的侠侣就大幅度地提升了。

编译器不确定这里的flag修改代码到底能不能执行，以及啥时候执行。

上述内存可见性问题，是编译器优化机制，自身出现的bug。

六、volatile关键字

通过这个关键字，提醒编译器，某个变量是“易变”的，此时就不要针对这个易变的变量进行上述优化。

给变量添加了volatile关键字，编译器在看到volatile的时候，就会提醒JVM运行的时候不进行上述的优化。

在读写volatile变量的指令前后添加“内存屏障相关的指令”

JMM Java Memory Model

Java的内存模型

首先一个Java进程，会有一个“主内存”存储空间，每个Java线程又会有自己的“工作内存”存储空间

形如上述的代码，t1进行flag变量的判定时，就会把flag的值从主内存，先读取到工作内存，再用工作内存中的值进行判定。同时，t2对flag进行修改，修改的则是主内存的值，主内存的值的修改不会影响到t1的工作内存。

上述解释，出自于Java的官方文档

main memory（主内存）就是内存

work memory （工作内存）相当于是打了个比方，本质上这一块区域并不是内存，而是CPU的寄存器和CPU的缓存构成的统称

Java自身是希望做成“跨平台”，Java用户不需要了解系统底层和硬件差异。Java的设计者是不希望用户了解这些底层细节的。另一方面，不同的CPU底层结构也不一定相同。

抛开Java上下文不谈，只关注操作系统和硬件，没有上面“主内存”“工作内存”的说法的。

存储数据，不只是有内存，还有外存（硬盘），还有cpu寄存器，cpu上还有缓存。

现代CPU都引入了缓存，CPU的缓存空间比寄存器要大，速度要比寄存器要慢，但是比起内存还是要快。

CPU的寄存器和缓存，就统称为work memory

越往上，速度就越快，空间就越小，成本就越高。

编译器优化，就是把本来要从内存中读取的值，优化成从寄存器中读取。

可能是优化成从寄存器上读取，也可能是优化成从L1缓存上读取，也可能是优化成从L2缓存上读取，也可能是优化成从L3缓存上读取……（都没有从内存上重新读取，因此读不到最新的修改之后的数值）

编译器优化，并非是100%触发，根据不同的代码结构，可能产生出不同的优化效果（有优化/无优化/优化方式）

此处虽然没有写volatile，但是加了sleep也会使得上述程序不在优化。

因为：

1.循环速度大幅度降低了

2.有了sleep一次循环的瓶颈，就不是load，此时再优化load，就没有什么用了。

3.sleep本身会触发线程调度，调度过程触发上下文切换。

volatile这个关键字，能够解决内存可见性引起的线程安全问题，但是不具备原子性这样的特点。

synchronized和volatile是两个不同的维度，前者是两个线程都修改，volatile是一个线程读，另一个线程修改。

六、wait/notify

这两个关键字是用来协调线程之间的执行顺序的

两个线程在运行的时候，都是希望持续运行下去的（不涉及结束）。但是两个线程中的某些环节，我们希望能够有一定的先后顺序。

*线程执行本身是随即调度的（顺序不确定），join控制线程的结束顺序

例如线程1 ，线程2

希望线程1 先执行完某个逻辑之后，再让线程2去执行。

此时就可以让线程2通过wait主动进行阻塞，让线程1先参与调度，等线程1把对应的逻辑执行完了，就可以通过notify唤醒线程2.

另外，wait / notify 也能解决“线程饿死”的问题。

当线程1释放锁之后，其他线程就要竞争这个锁（线程1 自身也可以重复参与到竞争中）

由于其他线程还要等待操作系统唤醒，此时线程1就是在cpu上执行，就有很大的可能性，“捷足先登”

不像死锁，死锁发生，就僵硬住，除非程序启动，否则就会一直僵持。

线程饿死，没那么严重，在线程1反复获取几次锁之后，其他线程也是有机会拿到锁的，但是其他线程拿到锁的时间会延长，降低了程序的效率。

【Java ee初阶】多线程（4）

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