一、volatile关键字
把变量声明为 volatile,这就指示 JVM,这个变量是不稳定的,每次使用它都到主存中进行读取。
1.1 volatile关键字的可见性
volatile 修饰的成员变量在每次被线程访问时,都强迫从主存(共享内存)中重读该成员变量的值。而且,当成员变量发生变化时,强迫线程将变化值回写到主存(共享内存)。这样在任何时刻,两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值,这样也就保证了同步数据的可见性。
JVM会尽力保证内存的可见性,即便这个变量没有加同步关键字。换句话说,只要CPU有时间,JVM会尽力去保证变量值的更新。这种与volatile关键字的不同在于,volatile关键字会强制的保证线程的可见性。而不加这个关键字,JVM也会尽力去保证可见性,但是如果CPU一直有其他的事情在处理,它也没办法。最开始的代码,一直处于死循环中,CPU处于一直占用的状态,这个时候CPU没有时间,JVM也不能强制要求CPU分点时间去取最新的变量值。而加了输出或者sleep语句之后,CPU就有可能有时间去保证内存的可见性,于是while循环可以被终止。
1.2 volatile关键字能保证原子性吗?
《Java并发编程艺术》这本书上说保证但是在自增操作(非原子操作)上不保证,《Java多线程编程核心艺术》这本书说不保证。
我个人更倾向于这种说法:volatile无法保证对变量原子性的。
要保证数据的原子性还是要使用synchronized关键字。
1.3 synchronized关键字和volatile关键字比较
volatile关键字是线程同步的轻量级实现,所以volatile性能肯定比synchronized关键字要好。但是volatile关键字只能用于变量而synchronized关键字可以修饰方法以及代码块。synchronized关键字在JavaSE1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁以及其它各种优化之后执行效率有了显著提升,实际开发中使用synchronized关键字还是更多一些。
多线程访问volatile关键字不会发生阻塞,而synchronized关键字可能会发生阻塞
volatile关键字能保证数据的可见性,但不能保证数据的原子性。synchronized关键字两者都能保证。
volatile关键字用于解决变量在多个线程之间的可见性,而synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。
二、等待/通知(wait/notify)机制介绍
当两个线程之间存在生产和消费者关系,也就是说第一个线程(生产者)做相应的操作然后第二个线程(消费者)感知到了变化又进行相应的操作。比如像下面的whie语句一样,假设这个value值就是第一个线程操作的结果,doSomething()是第二个线程要做的事,当满足条件value=desire后才执行doSomething()。
但是这里有个问题就是:第二个语句不停过通过轮询机制来检测判断条件是否成立。如果轮询时间的间隔太小会浪费CPU资源,轮询时间的间隔太大,就可能取不到自己想要的数据。所以这里就需要我们今天讲到的等待/通知(wait/notify)机制来解决这两个矛盾。
1 | while(value=desire){ |
2 | doSomething(); |
3 | } |
1.1 什么是等待/通知机制?
等待/通知机制在我们生活中比比皆是,一个形象的例子就是厨师和服务员之间就存在等待/通知机制。
- 厨师做完一道菜的时间是不确定的,所以菜到服务员手中的时间是不确定的;
- 服务员就需要去“等待(wait)”;
- 厨师把菜做完之后,按一下铃,这里的按铃就是“通知(nofity)”;
- 服务员听到铃声之后就知道菜做好了,他可以去端菜了。
用专业术语讲:
等待/通知机制,是指一个线程A调用了对象O的wait()方法进入等待状态,而另一个线程B调用了对象O的notify()/notifyAll()方法,线程A收到通知后退出等待队列,进入可运行状态,进而执行后续操作。上诉两个线程通过对象O来完成交互,而对象上的wait()方法和notify()/notifyAll()方法的关系就如同开关信号一样,用来完成等待方和通知方之间的交互工作。
1.2 等待/通知机制的实现
synchronized关键字可以将任何一个Object对象作为同步对象来看待,而Java为每个Object都实现了等待/通知(wait/notify)机制的相关方法,它们必须用在synchronized关键字同步的Object的临界区内。通过调用wait()方法可以使处于临界区内的线程进入等待状态,同时释放被同步对象的锁。而notify()方法可以唤醒一个因调用wait操作而处于阻塞状态中的线程,使其进入就绪状态。被重新唤醒的线程会视图重新获得临界区的控制权也就是锁,并继续执行wait方法之后的代码。如果发出notify操作时没有处于阻塞状态中的线程,那么该命令会被忽略。
1.3 线程的基本状态
新建(new):新创建了一个线程对象。
可运行(runnable):线程对象创建后,其他线程(比如main线程)调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中,等待被线程调度选中,获 取cpu的使用权。
运行(running):可运行状态(runnable)的线程获得了cpu时间片(timeslice),执行程序代码。
阻塞(block):阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu使用权,也即让出了cpu timeslice,暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态,才有 机会再次获得cpu timeslice转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种:
等待阻塞:运行(running)的线程执行o.wait()方法,JVM会把该线程放 入等待队列(waitting queue)中。
同步阻塞:运行(running)的线程在获取对象的同步锁时,若该同步锁 被别的线程占用,则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。
其他阻塞: 运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法,或者发出了I/O请求时,JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时,线程重新转入可运行(runnable)状态。
死亡(dead):线程run()、main()方法执行结束,或者因异常退出了run()方法,则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。
1.4 notify()锁不释放
当方法wait()被执行后,锁自动被释放,但执行玩notify()方法后,锁不会自动释放。必须执行完notify()方法所在的synchronized代码块后才释放。
1.5 当interrupt方法遇到wait方法
当线程呈wait状态时,对线程对象调用interrupt方法会出现InterrupedException异常。
参考: