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『互联网架构』软件架构-分布式系列并发编程Lock锁和Tools限制（30）

虽然多线程编程极大地提高了效率，但是也会带来一定的隐患。比如说两个线程同时往一个数据库表中插入不重复的数据，就可能会导致数据库中插入了相同的数据。今天我们就来一起讨论下线程安全问题，以及Java中提供了什么机制来解决线程安全问题。源码：https://github.com/limingios/netFuture/blob/master/JSR133中文版.pdf

synchronized & Volatile

JSR133 http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel

FIFO( First Input First Output)简单说就是指先进先出。

什么是对象锁

对象锁也叫方法锁，是针对一个对象实例的，它只在该对象的某个内存位置声明一个标识该对象是否拥有锁，所有它只会锁住当前的对象，而并不会对其他对象实例的锁产生任何影响，不同对象访问同一个被synchronized修饰的方法的时候不会阻塞,
什么是类琐

类锁是锁住整个类，当有多个线程来声明这个类的对象时候将会被阻塞，直到拥有这个类锁的对象呗销毁或者主动释放了类锁，这个时候在被阻塞的线程被挑选出一个占有该类锁，声明该类的对象。其他线程继续被阻塞住。

(上面百度的),即一句话,不管多少个对象,多少个对象,共用一把多,且只有一把,不管怎么调用,都会同步

synchronized

在了解synchronized关键字的使用方法之前，我们先来看一个概念：互斥锁，顾名思义：能到达到互斥访问目的的锁。

1.举个简单的例子：如果对临界资源加上互斥锁，当一个线程在访问该临界资源时，其他线程便只能等待。

2.在Java中，每一个对象都拥有一个锁标记（monitor），也称为监视器，多线程同时访问某个对象时，线程只有获取了该对象的锁才能访问。

3.在Java中，可以使用synchronized关键字来标记一个方法或者代码块，当某个线程调用该对象的synchronized方法或者访问synchronized代码块时，这个线程便获得了该对象的锁，其他线程暂时无法访问这个方法，只有等待这个方法执行完毕或者代码块执行完毕，这个线程才会释放该对象的锁，其他线程才能执行这个方法或者代码块。

不过有几点需要注意：

1）当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其他线程不能访问该对象的其他synchronized方法。这个原因很简单，因为一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，所以无法访问该对象的其他synchronized方法。

2）当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其他线程能访问该对象的非synchronized方法。这个原因很简单，访问非synchronized方法不需要获得该对象的锁，假如一个方法没用synchronized关键字修饰，说明它不会使用到临界资源，那么其他线程是可以访问这个方法的，

3）如果一个线程A需要访问对象object1的synchronized方法fun1，另外一个线程B需要访问对象object2的synchronized方法fun1，即使object1和object2是同一类型），也不会产生线程安全问题，因为他们访问的是不同的对象，所以不存在互斥问题。

对于synchronized方法或者synchronized代码块，当出现异常时，JVM会自动释放当前线程占用的锁，因此不会由于异常导致出现死锁现象

volatile

一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：

1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。

2）禁止进行指令重排序。

synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：

1）对变量的写操作不依赖于当前值

2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

实际上，这些条件表明，可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态。

ReentrantLock

在JDK5.0版本之前，重入锁的性能远远好于synchronized关键字，JDK6.0版本之后synchronized 得到了大量的优化，二者性能也不分伯仲，但是重入锁是可以完全替代synchronized关键字的。除此之外，重入锁又自带一系列高逼格UBFF：可中断响应、锁申请等待限时、公平锁。另外可以结合Condition来使用，使其更是逼格满满。

公平锁

公平锁每次都是从同步队列中的第一个节点获取到锁，公平锁每次获取到锁为同步队列中的第一个节点，保证请求资源时间上的绝对顺序。公平锁为了保证时间上的绝对顺序，需要频繁的上下文切换，而非公平锁会降低一定的上下文切换，降低性能开销。因此，ReentrantLock默认选择的是非公平锁，则是为了减少一部分上下文切换，保证了系统更大的吞吐量。
非公平锁

非公平性锁则不一定，有可能刚释放锁的线程能再次获取到锁。公平锁有可能刚释放锁的线程下次继续获取该锁，则有可能导致其他线程永远无法获取到锁，造成“饥饿”现象。

提供了一个基于FIFO队列，可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架。该同步器（以下简称同步器）利用了一个int来表示状态，期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。使用的方法是继承，子类通过继承同步器并需要实现它的方法来管理其状态，管理的方式就是通过类似acquire和release的方式来操纵状态。然而多线程环境中对状态的操纵必须确保原子性，因此子类对于状态的把握，需要使用这个同步器提供的以下三个方法对状态进行操作：

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.getState()
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.setState(int)
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.compareAndSetState(int, int)

子类推荐被定义为自定义同步装置的内部类，同步器自身没有实现任何同步接口，它仅仅是定义了若干acquire之类的方法来供使用。该同步器即可以作为排他模式也可以作为共享模式，当它被定义为一个排他模式时，其他线程对其的获取就被阻止，而共享模式对于多个线程获取都可以成功。

同步器是实现锁的关键，利用同步器将锁的语义实现，然后在锁的实现中聚合同步器。可以这样理解：锁的API是面向使用者的，它定义了与锁交互的公共行为，而每个锁需要完成特定的操作也是透过这些行为来完成的（比如：可以允许两个线程进行加锁，排除两个以上的线程），但是实现是依托给同步器来完成；同步器面向的是线程访问和资源控制，它定义了线程对资源是否能够获取以及线程的排队等操作。锁和同步器很好的隔离了二者所需要关注的领域，严格意义上讲，同步器可以适用于除了锁以外的其他同步设施上（包括锁）。

AbstractQueuedSynchronizer又称为队列同步器(后面简称AQS)，它是用来构建锁或其他同步组件的基础框架内部通过一个int类型的成员变量state来控制同步状态,当state=0时，则说明没有任何线程占有共享资源的锁，当state=1时，则说明有线程目前正在使用共享变量，其他线程必须加入同步队列进行等待，AQS内部通过内部类Node构成FIFO的同步队列来完成线程获取锁的排队工作，同时利用内部类ConditionObject构建等待队列，当Condition调用wait()方法后，线程将会加入等待队列中，而当Condition调用signal()方法后，线程将从等待队列转移动同步队列中进行锁竞争。注意这里涉及到两种队列，一种的同步队列，当线程请求锁而等待的后将加入同步队列等待，而另一种则是等待队列(可有多个)，通过Condition调用await()方法释放锁后，将加入等待队列。

PS：理论比较多，重点好好看下，源码中分享的那个pdf，官网关于线程这块的介绍，国人已经翻译成了中文，很容易理解。

『互联网架构』软件架构-分布式系列并发编程Lock锁和Tools限制（30）