实战才是硬道理,说教有些虚,不玩虚的。先让我们看一个例子:创建一个线程类,实现在控制台打印数字从0到9999。然后同时开启10个线程,查看打印结果;
程序清单1-1
程序清单1-1,其实就是让10个线程在控制台上数数,从0数到9999。理想情况下,我们希望看到一个线程数完,然后另一个线程才开始数。但是控制台打印的顺序告诉我们,这10个线程是乱糟糟的在那里抢着数,丝毫没有任何规矩可言。
如何才能在理想情况下每个线程依次打印数字呢?引入了多线程编程技术。
Java多线程编程中,关键字synchronized是绕不开的。但是很多人看到这个东西会感到困惑:“都说同步机制是通过对象锁来实现的,但是这么一个关键字,我也看不出来Java程序锁住了哪个对象啊?”让我们使用synchronized关键字来修饰run()方法看看效果如何。
程序清单1-2
执行程序,查看控制台打印顺序,打印顺序依然乱糟糟的,程序清单1-1与程序清单1-2并没有区别。“我已经使用synchronized来同步run()方法了啊, 哪里出错了呢?”
我们再试着修改下程序,synchronized同步run()方法中的代码块。
程序清单1-3
执行程序,查看控制台打印顺序,我们看到了预期的效果:10个线程不再是争先恐后的报数了,而是一个接一个的报数。对比程序清单1-3跟1-2,程序清单1-3在main方法启动10个线程之前,创建了一个String类型的对象。并通过ThreadTest的构造函数,将这个对象赋值给每一个ThreadTest线程对象中的私有变量lock。根据Java方法的传值特点,我们知道,这些线程的lock变量实际上指向的是堆内存中的同一个内存区域,即存放main函数中的lock变量的区域。程序清单1-2,对于一个成员方法加synchronized关键字,这实际上是以这个成员方法所在的对象本身作为对象锁的,创建多少个对象就有多少个对象锁,每个对象锁只对该对象起作用。一共十个线程,每个线程持有自己线程对象的那个对象锁。这必然不能产生同步的效果。换句话说,如果要对这些线程进行同步,那么这些线程所持有的对象锁应当是共享且唯一的!
>>对象锁
可以这样理解,每个实例对象仅有一把锁,把对象看作一间房子,哪个线程先拿到锁就进入房间中,其他线程在门外等待房间中线程出来才能进入房间。
对象锁又称之为内置锁。除了对象锁还有类锁。
>>类锁
程序中通过类可以创建多个实例对象,但每个类只有一个类实例,JVM类加载完成,每个类在方法区只存在一份,方法区是内存共享的。所以类锁只有一个。
使用类锁来实现程序
程序清单1-4
通过程序清单1-2,我们清楚的了解到对于一个成员方法加synchronized关键字,这实际上是以这个成员方法所在的对象本身作为对象锁。在本例中,我们以ThreadTest类实例作为锁,全局唯一。
我们以另一种类锁的方式来实现程序
程序清单1-5
你们应该很困惑:这里synchronized静态方法是用什么来做对象锁的呢?
我们知道,对于同步静态方法,对象锁就是该静态方法所在的类的Class实例,由于在JVM中,所有被加载的类都有唯一的类实例,具体到本例,就是唯一的 ThreadTest3.class对象。不管我们创建了该类的多少实例,但是它的类实例仍然是一个!
这样我们就知道了:
1、对于同步的方法或者代码块来说,必须获得对象锁才能够进入同步方法或者代码块进行操作;
2、如果采用函数或方法级别的同步,则对象锁即为函数或方法所在的对象,如果是静态方法,对象锁即指 函数哦或方法所在的Class对象(唯一);
3、对于代码块,synchronized(abc)中的内置锁即为abc对象锁;
4、因为第一种情况,对象锁即为每一个线程对象,因此有多个,所以同步失效,第二种共用同一个对象lock锁,因此同步生效,第三个因为是同步静态方法,因此锁住的是ThreadTest3.class,因此同步生效。
如上述正确,则同步有两种方式,同步代码块和同步函数或方法(为什么没有wait和notify?这个我会在补充章节中做出阐述)
如果是同步代码块,则锁住的对象需要编程人员自己指定,一般有些代码为synchronized(this)只有在单态模式才生效(类的实例有任何时候仅有一个);
如果是同步函数或方法,则分静态和非静态两种。
静态方法则一定会同步,非静态方法在单例模式才生效,推荐用静态方法(不用担心是否单例)。
所以说,在Java多线程编程中,关键字synchronized最常见的用法是依靠对象锁的机制来实现线程同步的。
JVM逻辑内存模型
寄存器:这是最快的存储区,因为它位于不同于其他存储区的地方--处理器内部。但是寄存器的数量机器有限,所以寄存器根据需求进行分配。你不能直接控制,也不能在程序中直接感觉到它的存在任何迹象。
堆栈:位于通用RAM(随机访问存储器)中,但通过“堆栈指针”可以从处理器那里获得直接支持。堆栈指针若向下移动,则分配新的内存;若向上移动,则释放那些内存。这是一种快速有效的分配存储方法,仅次于寄存器。创建程序时,Java系统必须知道存储在堆栈内的所有项的确切生命周期,以便上下移动堆栈指针。这一约束限制了程序的灵活性,所以虽然某些Java数据存储与堆栈中----特别是对象引用,但是Java对象却不存在堆栈中;
堆:一种通用的内存池(位于RAM区),用于存放所有的Java对象。堆不同于堆栈的好处是:编译器不需要知道存储的数据在堆中存活多长时间。因此,堆里分配对象有很大的灵活性。当需要一个对象时,只需要new写一行简单的代码,当执行这段代码时,会自动在堆里进行存储分配。当然,为这种灵活性要付出代价:用堆进行内存分配和清理可能比用堆栈进行内存分配和清理需要更长的时间。
常量存储:常量直接存放在程序代码内部,这样做是安全的,因为他们永远不会被改变。有时候,在嵌入式系统中,常量本身会和其他部分分离开,在这种情况下,常量可以存放在ROM(只读存储器)中。
非RAM存储:如果数据完全存活在程序之外,那么它可以完全不受程序的任何控制,在程序没有运行时也可以存在。比较基本的两个例子是“流对象”和“持久化对象”。流对象中,对象转换成字节流,通畅被发送到另一台机器。在“持久化”对象中,对象被存在磁盘上,因此,及时程序终止,数据也可以保持自己的状态。这种存储的技巧在于:把对象转换成可以在其他媒介上存储的事务,在需要的时候,可以恢复成常规的,基于RAM的对象。比如Java中轻量级的JDBC和Hibernate这样的机制提供支持。