Java并发编程:核心理论并发编程:核心理论
并发编程是Java程序员重要的技能之一,也是难掌握的一种技能。它要求编程者对计算机底层的运作原理有深刻的理
解,同时要求编程者逻辑清晰、思维缜密,这样才能写出高效、安全、可靠的多线程并发程序。本系列会从线程间协调的方式
(wait、notify、notifyAll)、Synchronized及Volatile的本质入手,详细解释JDK为我们提供的每种并发工具和底层实现机制。
在此基础上,我们会进一步分析java.util.concurrent包的工具类,包括其使用方式、实现源码及其背后的原理。本文是该系列
的第一篇文章,是这系列中核心的理论部分,之后的文章都会以此为基础来分析和解释。
一、共享性
数据共享性是线程安全的主要原因之一。如果所有的数据只是在线程内有效,那不存在线程安全性问题,这也是我们在编
程的时候经常不需要考虑线程安全的主要原因之一。但是,在多线程编程中,数据共享是不可避免的。典型的场景是数据库中
的数据,为了保证数据的一致性,我们通常需要共享同一个数据库中数据,即使是在主从的情况下,访问的也同一份数据,主
从只是为了访问的效率和数据安全,而对同一份数据做的副本。我们现在,通过一个简单的示例来演示多线程下共享数据导致
的问题:
代码段一:
package com.paddx.test.concurrent;
public class ShareData {
public static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
final ShareData data = new ShareData();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
//进入的时候暂停1毫秒,增加并发问题出现的几率
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
for (int j = 0; j < 100; j++) {
data.addCount();
}
System.out.print(count + " ");
}
}).start();
}
try {
//主程序暂停3秒,以保证上面的程序执行完成
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("count=" + count);
}
public void addCount() {
count++;
}
}
上述代码的目的是对count进行加一操作,执行1000次,不过这里是通过10个线程来实现的,每个线程执行100次,正常
情况下,应该输出1000。不过,如果你运行上面的程序,你会发现结果却不是这样。下面是某次的执行结果(每次运行的结
果不一定相同,有时候也可能获取到正确的结果):
可以看出,对共享变量操作,在多线程环境下很容易出现各种意想不到的的结果。
二、互斥性
资源互斥是指同时只允许一个访问者对其进行访问,具有性和排它性。我们通常允许多个线程同时对数据进行读操作,但
同一时间内只允许一个线程对数据进行写操作。所以我们通常将锁分为共享锁和排它锁,也叫做读锁和写锁。如果资源不具有
互斥性,即使是共享资源,我们也不需要担心线程安全。例如,对于不可变的数据共享,所有线程都只能对其进行读操作,所
以不用考虑线程安全问题。但是对共享数据的写操作,一般需要保证互斥性,上述例子中是因为没有保证互斥性才导致数据的
修改产生问题。Java 中提供多种机制来保证互斥性,简单的方式是使用Synchronized。现在我们在上面程序中加上
Synchronized再执行:
代码段二: