Java線程同步中怎么排除阻塞

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Java線程同步

由于同一進(jìn)程的多個(gè)線程共享同一片存儲(chǔ)空間，在帶來(lái)方便的同時(shí)，也帶來(lái)了訪問(wèn)沖突這個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。Java語(yǔ)言提供了專門機(jī)制以解決這種沖突，有效避免了同一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象被多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)。

由于我們可以通過(guò) private 關(guān)鍵字來(lái)保證數(shù)據(jù)對(duì)象只能被方法訪問(wèn)，所以我們只需針對(duì)方法提出一套機(jī)制，這套機(jī)制就是 synchronized 關(guān)鍵字，它包括兩種用法：synchronized 方法和 synchronized 塊。

1. synchronized 方法：通過(guò)在方法聲明中加入 synchronized關(guān)鍵字來(lái)聲明 synchronized 方法。如：

public synchronized void accessVal(int newVal);

synchronized 方法控制對(duì)類成員變量的訪問(wèn)：每個(gè)類實(shí)例對(duì)應(yīng)一把鎖，每個(gè) synchronized 方法都必須獲得調(diào)用該方法的類實(shí)例 的鎖方能執(zhí)行，否則所屬線程阻塞，方法一旦執(zhí)行，就獨(dú)占該鎖，直到從該方法返回時(shí)才將鎖釋放，此后被阻塞的Java線程同步方能獲得該鎖，重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)。

這種機(jī)制確保了同一時(shí)刻對(duì)于每一個(gè)類實(shí)例，其所有聲明為 synchronized 的成員函數(shù)中至多只有一個(gè)處于可執(zhí)行狀態(tài)（因?yàn)橹炼嘀挥幸粋€(gè)能夠獲 得該類實(shí)例對(duì)應(yīng)的鎖），從而有效避免了類成員變量的訪問(wèn)沖突（只要所有可能訪問(wèn)類成員變量的方法均被聲明為 synchronized）。

在 Java 中，不光是類實(shí)例，每一個(gè)類也對(duì)應(yīng)一把鎖，這樣我們也可將類的靜態(tài)成員函數(shù)聲明為 synchronized ，以控制其對(duì)類的靜態(tài)成員變量的訪問(wèn)。

synchronized 方法的缺陷：若將一個(gè)大的方法聲明為synchronized 將會(huì)大大影響效率，典型地，若將線程類的方 法 run() 聲明為 synchronized ，由于在線程的整個(gè)生命期內(nèi)它一直在運(yùn)行，因此將導(dǎo)致它對(duì)本類任何 synchronized 方法 的調(diào)用都永遠(yuǎn)不會(huì)成功。當(dāng)然我們可以通過(guò)將訪問(wèn)類成員變量的代碼放到專門的方法中，將其聲明為 synchronized ，并在主方法中調(diào)用來(lái)解決這一 問(wèn)題，但是 Java 為我們提供了更好的解決辦法，那就是 synchronized 塊。

2. synchronized 塊：通過(guò) synchronized關(guān)鍵字來(lái)聲明synchronized 塊。語(yǔ)法如下：

synchronized(syncObject)  {  //允許訪問(wèn)控制的代碼  }

synchronized 塊是這樣一個(gè)代碼塊，其中的代碼必須獲得對(duì)象 syncObject （如前所述，可以是類實(shí)例或類）的鎖方能執(zhí)行，具體機(jī)制同前所述。由于可以針對(duì)任意代碼塊，且可任意指定上鎖的對(duì)象，故靈活性較高。

Java線程同步的阻塞

為了解決對(duì)共享存儲(chǔ)區(qū)的訪問(wèn)沖突，Java 引入了同步機(jī)制，現(xiàn)在讓我們來(lái)考察多個(gè)Java線程同步對(duì)共享資源的訪問(wèn)，顯然同步機(jī)制已經(jīng)不夠了，因?yàn)樵谌我鈺r(shí)刻所要 求的資源不一定已經(jīng)準(zhǔn)備好了被訪問(wèn)，反過(guò)來(lái)，同一時(shí)刻準(zhǔn)備好了的資源也可能不止一個(gè)。為了解決這種情況下的訪問(wèn)控制問(wèn)題，Java 引入了對(duì)阻塞機(jī)制的支 持。

阻塞指的是暫停一個(gè)Java線程同步的執(zhí)行以等待某個(gè)條件發(fā)生（如某資源就緒），學(xué)過(guò)操作系統(tǒng)的同學(xué)對(duì)它一定已經(jīng)很熟悉了。Java 提供了大量方法來(lái)支持阻塞，下面讓我們逐一分析。

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1. sleep() 方法：sleep() 允許指定以毫秒為單位的一段時(shí)間作為參數(shù)，它使得線程在指定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，不能得到CPU 時(shí) 間，指定的時(shí)間一過(guò)，線程重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)。典型地，sleep() 被用在等待某個(gè)資源就緒的情形：測(cè)試發(fā)現(xiàn)條件不滿足后，讓線程阻塞一段時(shí)間后重新 測(cè)試，直到條件滿足為止。

2. suspend() 和 resume() 方法：兩個(gè)方法配套使用，suspend()使得線程進(jìn) 入阻塞狀態(tài)，并且不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，必須其對(duì)應(yīng)的resume() 被調(diào)用，才能使得線程重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)。典型 地，suspend() 和 resume() 被用在等待另一個(gè)線程產(chǎn)生的結(jié)果的情形：測(cè)試發(fā)現(xiàn)結(jié)果還沒(méi)有產(chǎn)生后，讓線程阻塞，另一個(gè)線程產(chǎn)生了結(jié)果 后，調(diào)用 resume() 使其恢復(fù)。

3. yield() 方法：yield() 使得線程放棄當(dāng)前分得的 CPU 時(shí)間，但是不使線程阻塞，即線程仍處于可執(zhí)行狀態(tài)，隨時(shí)可能再次分得 CPU 時(shí)間。調(diào)用 yield() 的效果等價(jià)于調(diào)度程序認(rèn)為該Java線程同步已執(zhí)行了足夠的時(shí)間從而轉(zhuǎn)到另一個(gè)線程。

4. wait() 和 notify() 方法：兩個(gè)方法配套使用，wait() 使得線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，它有兩種形式，一種允許指定以毫秒為單位的 一段時(shí)間作為參數(shù)，另一種沒(méi)有參數(shù)，前者當(dāng)對(duì)應(yīng)的 notify() 被調(diào)用或者超出指定時(shí)間時(shí)Java線程同步重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)，后者則必須對(duì)應(yīng) 的 notify() 被調(diào)用。

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