一、并发问题

多线程学习的时候，要面对的第一个复杂问题就是，并发模式下变量的访问，如果不理清楚内在流程和原因，经常会出现这样一个问题：线程处理后的变量值不是自己想要的，可能还会一脸懵的说：这不合逻辑吧？

1、成员变量访问

多个线程访问类的成员变量，可能会带来各种问题。

1public class AccessVar01 {
2    public static void main(String[] args) {
3        Var01Test var01Test = new Var01Test() ;
4        VarThread01A varThread01A = new VarThread01A(var01Test) ;
5        varThread01A.start();
6        VarThread01B varThread01B = new VarThread01B(var01Test) ;
7        varThread01B.start();
8    }
9}
10class VarThread01A extends Thread {
11    Var01Test var01Test = new Var01Test() ;
12    public VarThread01A (Var01Test var01Test){
13        this.var01Test = var01Test ;
14    }
15    @Override
16    public void run() {
17        var01Test.addNum(50);
18    }
19}
20class VarThread01B extends Thread {
21    Var01Test var01Test = new Var01Test() ;
22    public VarThread01B (Var01Test var01Test){
23        this.var01Test = var01Test ;
24    }
25    @Override
26    public void run() {
27        var01Test.addNum(10);
28    }
29}
30class Var01Test {
31    private Integer num = 0 ;
32    public void addNum (Integer var){
33        try {
34            if (var == 50){
35                num = num + 50 ;
36                Thread.sleep(3000);
37            } else {
38                num = num + var ;
39            }
40            System.out.println("var="+var+";num="+num);
41        } catch (Exception e){
42            e.printStackTrace();
43        }
44    }
45}

这里案例的流程就是并发下运算一个成员变量，程序的本意是：var=50，得到num=50,可输出的实际结果是：

1var=10;num=60
2var=50;num=60

VarThread01A线程处理中进入休眠，休眠时num已经被线程VarThread01B进行一次加10的运算，这就是多线程并发访问导致的结果。

2、方法私有变量

修改上述的代码逻辑，把num变量置于方法内，作为私有的方法变量。

1class Var01Test {
2    // private Integer num = 0 ;
3    public void addNum (Integer var){
4        Integer num = 0 ;
5        try {
6            if (var == 50){
7                num = num + 50 ;
8                Thread.sleep(3000);
9            } else {
10                num = num + var ;
11            }
12            System.out.println("var="+var+";num="+num);
13        } catch (Exception e){
14            e.printStackTrace();
15        }
16    }
17}

方法内部的变量是私有的，且和当前执行方法的线程绑定，不会存在线程间干扰问题。

二、同步控制

1、Synchronized关键字

使用方式：修饰方法，或者以控制同步块的形式，保证多个线程并发下，同一时刻只有一个线程进入方法中，或者同步代码块中，从而使线程安全的访问和处理变量。如果修饰的是静态方法，作用的是这个类的所有对象。

独占锁属于悲观锁一类，synchronized就是一种独占锁，假设处于最坏的情况，只有一个线程执行，阻塞其他线程，如果并发高，处理耗时长，会导致多个线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。

2、修饰方法

这个案例和第一个案例原理上是一样的，不过这里虽然在修改值的地方加入的同步控制，但是又挖了一个坑，在读取的时候没有限制，这个现象俗称脏读。

1public class AccessVar02 {
2    public static void main(String[] args) {
3        Var02Test var02Test = new Var02Test ();
4        VarThread02A varThread02A = new VarThread02A(var02Test) ;
5        varThread02A.start();
6        VarThread02B varThread02B = new VarThread02B(var02Test) ;
7        varThread02B.start();
8        var02Test.readValue();
9    }
10}
11class VarThread02A extends Thread {
12    Var02Test var02Test = new Var02Test ();
13    public VarThread02A (Var02Test var02Test){
14        this.var02Test = var02Test ;
15    }
16    @Override
17    public void run() {
18        var02Test.change("my","name");
19    }
20}
21class VarThread02B extends Thread {
22    Var02Test var02Test = new Var02Test ();
23    public VarThread02B (Var02Test var02Test){
24        this.var02Test = var02Test ;
25    }
26    @Override
27    public void run() {
28        var02Test.change("you","age");
29    }
30}
31class Var02Test {
32    public String key = "cicada" ;
33    public String value = "smile" ;
34    public synchronized void change (String key,String value){
35        try {
36            this.key = key ;
37            Thread.sleep(2000);
38            this.value = value ;
39            System.out.println("key="+key+";value="+value);
40        } catch (InterruptedException e) {
41            e.printStackTrace();
42        }
43    }
44    public void readValue (){
45        System.out.println("读取：key="+key+";value="+value);
46    }
47}

在线程中，逻辑上已经修改了，只是没执行到，但是在main线程中读取的value毫无意义,需要在读取方法上也加入同步的线程控制。

3、同步控制逻辑

同步控制实现是基于Object的监视器。

线程对Object的访问，首先要先获得Object的监视器 ;
如果获取成功，则会独占该对象；
其他线程会掉进同步队列，线程状态变为阻塞；
等Object的持有线程释放锁，会唤醒队列中等待的线程，尝试重启获取对象监视器；

4、修饰代码块

说明一点，代码块包含方法中的全部逻辑，锁定的粒度和修饰方法是一样的，就写在方法上吧。同步代码块一个很核心的目的，减小锁定资源的粒度，就如同表锁和行级锁。

1public class AccessVar03 {
2    public static void main(String[] args) {
3        Var03Test var03Test1 = new Var03Test() ;
4        Thread thread1 = new Thread(var03Test1) ;
5        thread1.start();
6        Thread thread2 = new Thread(var03Test1) ;
7        thread2.start();
8        Thread thread3 = new Thread(var03Test1) ;
9        thread3.start();
10    }
11}
12class Var03Test implements Runnable {
13    private Integer count = 0 ;
14    public void countAdd() {
15        try {
16            Thread.sleep(1000);
17        } catch (InterruptedException e) {
18            e.printStackTrace();
19        }
20        synchronized(this) {
21            count++ ;
22            System.out.println("count="+count);
23        }
24    }
25    @Override
26    public void run() {
27        countAdd() ;
28    }
29}

这里就是锁定count处理这个动作的核心代码逻辑，不允许并发处理。

5、修饰静态方法

静态方法属于类层级的方法，对象是不可以直接调用的。但是synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。

1public class AccessVar04 {
2    public static void main(String[] args) {
3        Var04Test var04Test1 = new Var04Test() ;
4        Thread thread1 = new Thread(var04Test1) ;
5        thread1.start();
6        Var04Test var04Test2 = new Var04Test() ;
7        Thread thread2 = new Thread(var04Test2) ;
8        thread2.start();
9    }
10}
11class Var04Test implements Runnable {
12    private static Integer count ;
13    public Var04Test (){
14        count = 0 ;
15    }
16    public synchronized static void countAdd() {
17        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"；count="+(count++));
18    }
19    @Override
20    public void run() {
21        countAdd() ;
22    }
23}

如果不是使用同步控制，从逻辑和感觉上，输出的结果应该如下：

1Thread-0；count=0
2Thread-1；count=0

加入同步控制之后，实际测试输出结果：

1Thread-0；count=0
2Thread-1；count=1

6、注意事项

继承中子类覆盖父类方法，synchronized关键字特性不能继承传递，必须显式声明；
构造方法上不能使用synchronized关键字，构造方法中支持同步代码块；
接口中方法，抽象方法也不支持synchronized关键字；

三、Volatile关键字

1、基本描述

Java内存模型中，为了提升性能，线程会在自己的工作内存中拷贝要访问的变量的副本。这样就会出现同一个变量在某个时刻，在一个线程的环境中的值可能与另外一个线程环境中的值，出现不一致的情况。

使用volatile修饰成员变量，不能修饰方法，即标识该线程在访问这个变量时需要从共享内存中获取，对该变量的修改，也需要同步刷新到共享内存中，保证了变量对所有线程的可见性。

2、使用案例

1class Var05Test {
2    private volatile boolean myFlag = true ;
3    public void setFlag (boolean myFlag){
4        this.myFlag = myFlag ;
5    }
6    public void method() {
7        while (myFlag){
8            try {
9                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+myFlag);
10                Thread.sleep(1000);
11            } catch (InterruptedException e) {
12                e.printStackTrace();
13            }
14        }
15    }
16}

3、注意事项

可见性只能确保每次读取的是最新的值，但不支持变量操作的原子性;
volatile并不会阻塞线程方法，但是同步控制会阻塞；
Java同步控制的根本：保证并发下资源的原子性和可见性；

四、源代码地址

1GitHub·地址
2https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
3GitEE·地址
4https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

Java并发编程(03)：多线程并发访问，同步控制