线程安全性
在构建文件的并发程序时,必须正确地使用线程和锁。但这些终归只是一些机制。要编写线程安全的的代码,其核心在于要对状态访问操作进行管理,特别是对共享的(Shared)和可变的(Mutable)状态的访问。从非正式的意义上来说,对象的状态是指存储在状态变量(例如实例或静态域)中的数据。对象的状态可能包括其他依赖对象的域。例如,某个HashMap的状态不仅存储在HashMap对象本身,还存储在许多Map.Entry对象中。在对象的状态中包含了任何可能影响其外部可见行为的数据。
“共享”意味着变量可以由多个线程同时访问,而可变则意味着变量的值在其生命周期内可以发生变化。一个对象是否需要是线程安全的,取决于它是否被多个线程访问。这指的是在程序中访问对象的方式,而不是对象要实现的功能。要使得对象是线程安全的,需要采用同步机制来协同对对象可变状态的访问。如果无法实现协同,那么可能会导致数据破坏以及其他不该出现的结果。
当多个线程访问某个状态变量并且其中有一个线程执行写入操作时,必须采用同步机制来协同这些线程对变量的访问。Java中的主要同步机制是关键字synchronized,它提供了一种独占的加锁方式,但同步这个术语还包括volatile类型的变量,显示锁以及原子变量。
在上述规则中并不存在一些想象中的例外情况。即使在某个程序中省略了必要同步机制并且看上去似乎能正确执行,并且通过了测试并在随后的几年时间里能正确地执行,但是程序可能在某个时刻发生错误。
如果当多个线程访问同一个可变的状态变量时没有使用合适的同步,那么程序就会出现错误,有三种方式可以修复这个问题:
1、不在线程之间共享该状态变量。
2、将状态变量修改为不可变的变量。
3、在访问状态变量时使用同步。
当多个线程访问某个类时,不管运行时幻境采用何种调度方式或者这些线程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类是线程安全的。
无状态对象一定是线程安全的。
假定有两个操作A和B,如果从执行A的线程来看,当另一个线程执行B时,要么将B全部执行完,要么完全不执行B,那么A和B对彼此来说是原子的。原子操作是指,对于访问同一个状态的所有操作(包含该操作本身)来说,这个操作是一个以原子方式执行的操作。
内置锁
Java提供了一种内置的锁机制来支持原子性,同步代码块(Synchronized Bolck)同步代码块包括两部分:一个作为锁的对象引用,一个作为由这个锁保护的代码块。以关键字synchronized来修饰的方法就是一种横跨整个方法体的同步代码块,其中该同步代码块的锁就是方法调用所在的对象。静态synchronized方法以class对象作为锁。
Java的内置锁相当于一种互斥体,这意味着最多只有一个线程能持有这种锁。当线程A尝试获取一个由线程B持有的锁时,线程A必须等待或者阻塞,直到线程B释放这个锁。如果B永远不释放锁,那么A也将永远地等下去。
由于每次只能有一个线程执行内置锁保护的代码块,因此,由这个锁保护的同步代码块会以原子方式执行,这个线程在执行该代码块时也不会相互干扰。并发环境中的原子性与事务应用程序中的原子性有着相同的含义,一组语句作为一个不可分割的单元被执行。任何一个执行同步代码块的线程,都不可能看到有其他线程正在执行由同一个锁保护的同步代码块。