线程安全的实现方法
程序员文章站
2023-12-28 14:24:58
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1、互斥同步
同步是指在多个线程并发访问共享数据时,包*享数据在同一时刻只被一个线程使用,而互斥是实现同步的一种手段,
互斥实现的主要方式:临界区、互斥量和信号量
最基本的互斥同步手段:synchronized关键字,表现为原生语法层面的互斥锁。
synchronized关键字经过编译之后,会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit两个字节码指令,这两个指令都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。
如果Java程序中明确指明了对象参数,那就是这个对象的reference;如果没有明确指定,那就根据synchronized修饰的是实例方法还是类方法,去取对应的对象实例或Class对象来作为锁对象。
在执行monitorenter指令时,首先要尝试获取对象的锁。如果这个对象没被锁定,或者当前线程已经拥有了那个对象的锁,把锁的计数器加1,相应的执行monitorexit时,锁计数器减1,计数器为0时,锁被释放。若获取锁失败,则当前线程阻塞等待,直到对象锁被另外一个线程释放为止。
ReentrantLock表现为API层面的互斥锁(lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成),增加了一些高级功能:等待可中断、可实现公平锁、锁可以绑定多个条件。
等待可中断: 当持有锁的线程长期不释放锁的时候,正在等待的线程可以选择放弃等待,改为处理其他事情。
可实现公平锁: 多个线程等待同一个锁是,必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁;ReentrantLock默认非公平锁,可通过带布尔值的构造函数要求使用公平锁
锁可以绑定多个条件: 一个ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象,而synchronized中,要和对于一个的条件关联,就得额外的添加一个锁,而ReentrantLock只需多次调用newCondition()方法即可。
2、非阻塞同步
互斥同步属于一种悲观的并发策略
非阻塞同步基于冲突检测的乐观并发策略,即先进行操作,如果没有其他线程争用共享数据,那操作就成功了;如果共享数据用争用,产生了冲突,那就再采取其他的补偿措施(最常见的补偿措施就是不断的重试,直到成功为止);这种并发策略的许多实现不需要把线程挂起。
需要操作和冲突检测这两个步骤具备原子性,只能靠硬件来完成这件事情,硬件保证一个从语义上看起来需要多次操作的行为只通过一条处理器指令就能完成。
CAS指令: 有3个操作数,分别是内存位置V,旧的预期值A,新值B。CAS指令执行时,当且仅当V符合旧预期值A时,处理器用新值B更新V的值,否则不知晓更新,-------- 划重点:但是无论是否更新了V,都会返回V的旧值。这个处理过程是一个院子操作。
漏洞:CAS操作的“ABA”问题:如果一个变量V初次读取的时候是A值,并且准备赋值的时检查到它仍然为A值,但是呢,在这段期间,它的值有可能曾经被改成了B,后来又被改回为A,那么CAS操作就会误认为它从来没有被改变过。
漏洞解决:提供了一个带有标记的原子引用类“AtomicStampedReference”。
3、无同步方案
(1)可重入代码
可以在代码执行的任何时刻中断它,转而去执行另外一段代码(包括递归调用它本身),而在控制权返回后,原来的程序不会出现任何错误。
(2)线程本地存储
如果一段代码中所需要的数据必须与其他代码共享,那就看看这些共享的代码是否能保证在同一线程中执行?如果能保证,我们就可以把共享数据的可见范围限制在同一个线程之内,这样,无须同步也能保证线程之间不出现数据争用的问题。