1. 基础的线程同步:synchronized

1.1synchronized示例

访问同一个变量的时候，可以加锁保证数据的一致性。该类中 this 锁定的是一个对象。

public class T {

    private int count = 10;

    public void m() {
        synchronized(this) { //任何线程要执行下面的代码，必须先拿到this的锁
            count--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
        }
    }

}

简便写法：

1556977989045

一个同步方法可以调用另外一个同步方法，一个线程已经拥有某个对象的锁，再次申请的时候仍然会得到该对象的锁.

也就是说synchronized获得的锁是可重入的

这里是继承中有可能发生的情形，子类调用父类的同步方法

示例

public class T {
    synchronized void m() {
        System.out.println("m start");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new TT().m();
    }

}

class TT extends T {
    @Override
    synchronized void m() {
        System.out.println("child m start");
        super.m();
        System.out.println("child m end");
    }
}

线程抛出异常后锁会释放吗？是

/**
 * 程序在执行过程中，如果出现异常，默认情况锁会被释放
 * 所以，在并发处理的过程中，有异常要多加小心，不然可能会发生不一致的情况。
 * 比如，在一个web app处理过程中，多个servlet线程共同访问同一个资源，这时如果异常处理不合适，
 * 在第一个线程中抛出异常，其他线程就会进入同步代码区，有可能会访问到异常产生时的数据。
 * 因此要非常小心的处理同步业务逻辑中的异常
 */


import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    int count = 0;
    synchronized void m() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start");
        while(true) {
            count ++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            if(count == 5) {
                int i = 1/0; //此处抛出异常，锁将被释放，要想不被释放，可以在这里进行catch，然后让循环继续
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        Runnable r = new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                t.m();
            }

        };
        new Thread(r, "t1").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(r, "t2").start();
    }

}

运行结果：

1556980171302

1.2不要以字符常量作为锁的对象

示例：

/**
 * 不要以字符串常量作为锁定对象
 * 在下面的例子中，m1和m2其实锁定的是同一个对象
 * 这种情况还会发生比较诡异的现象，比如你用到了一个类库，在该类库中代码锁定了字符串“Hello”，
 * 但是你读不到源码，所以你在自己的代码中也锁定了"Hello",这时候就有可能发生非常诡异的死锁阻塞，
 * 因为你的程序和你用到的类库不经意间使用了同一把锁
 */


public class T {

    String s1 = "Hello";
    String s2 = "Hello";

    void m1() {
        synchronized(s1) {

        }
    }

    void m2() {
        synchronized(s2) {

        }
    }



}

2.volatile关键字(无锁同步)

2.1.volatile的可见性

volatile关键字每个线程都有自己的一小块内存，执行的时候会把变量copy过来，修改了后在写回对象，

执行m1方法的线程把 running读到内存里，与此同时主线程也把running读到内存，并进行修改，写回对象为false

但是执行m1的线程里的内存一直都是true啊（因为太忙了没空去刷新）所以会形成死循环，

volatile就是当running改了之后 *立马去通知其他线程，你们记得去主存刷新一下，一刷新，running为false，退出while循环。

示例：


import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    volatile boolean running = true; //对比一下有无volatile的情况下，整个程序运行结果的区别
    void m() {
        System.out.println("m start");
        while(running) {
            /*
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }*/
        }
        System.out.println("m end!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();

        new Thread(t::m, "t1").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        t.running = false;


    }

}

运行结果：

1556981287533

1556981343762

volatile 只保证原子性，而 synchronized 既保证可见性又保证原子性，但是synchronized太“重”了（效率很低）！

1556981494196

2.2.volatile不具备原子性

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class T {
    volatile int count = 0; 
    void m() {
        for(int i=0; i<10000; i++) count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();

        List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

        for(int i=0; i<10; i++) {
            threads.add(new Thread(t::m, "thread-"+i));
        }

        threads.forEach((o)->o.start());

        threads.forEach((o)->{
            try {
                o.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        System.out.println(t.count);


    }

}

运行结果：

1556982532242

2.3.synchronized既保证可见性又保证了原子性

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


public class T {
    /*volatile*/ int count = 0;

    synchronized void m() { 
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
            count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();

        List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threads.add(new Thread(t::m, "thread-" + i));
        }

        threads.forEach((o) -> o.start());

        threads.forEach((o) -> {
            try {
                o.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        System.out.println(t.count);

    }

}

运行结果：

1556982726825

2.4给容器list添加volatile方法

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/*给list添加volatile之后，t2能够接到通知，但t2线程的死循环很浪费CPU*/
public class MyContainer1 {

    /*volatile*/ List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);//add
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer1 c = new MyContainer1();

        new Thread(() -> {//该线程负责往list添加
            for(int i=0; i<10; i++) {
                c.add(new Object());
                System.out.println("add " + i);

                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {//该线程一直检测list的size,直到size等于5
            while(true) {//一直检测，浪费cpu
                if(c.size() == 5) {
                    break;
                }
            }
            System.out.println("t2 结束");
        }, "t2").start();
    }
}

运行结果：

1557020479913

2.5使用wait（）和notify（）方法

当线程执行wait()方法时候，会释放当前的锁，然后让出CPU，进入等待状态。

当 notify/notifyAll() 被执行时，会唤醒一个或多个正处于等待状态的线程，然后继续往下执行，直到执行完synchronized 代码块的代码或是中途遇到wait() ，再次释放锁。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyContainer3 {

    //添加volatile，使t2能够得到通知
    volatile List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer3 c = new MyContainer3();

        final Object lock = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized(lock) {
                System.out.println("t2启动");
                if(c.size() != 5) {
                    try {
                        lock.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                System.out.println("t2 结束");
            }

        }, "t2").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1启动");
            synchronized(lock) {
                for(int i=0; i<10; i++) {
                    c.add(new Object());
                    System.out.println("add " + i);

                    if(c.size() == 5) {
                        lock.notify();
                    }

                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "t1").start();


    }
}

2.6 使用CountDownLatch（门闩）的await和countdown方法替代wait、notify方法来进行通知

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyContainer3 {

    // 添加volatile，使t2能够得到通知
    volatile List lists = new ArrayList();

    public void add(Object o) {
        lists.add(o);
    }

    public int size() {
        return lists.size();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyContainer3 c = new MyContainer3();

        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t2启动");
            if (c.size() != 5) {
                try {
                    latch.await();

                    //也可以指定等待时间
                    //latch.await(5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("t2 结束");

        }, "t2").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            System.out.println("t1启动");
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                c.add(new Object());
                System.out.println("add " + i);

                if (c.size() == 5) {
                    // 打开门闩，让t2得以执行
                    latch.countDown();
                }

                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }, "t1").start();

    }
}

3.原子变量类（AtomXxx）

当更新一个变量的时候，多出现数据争用的时候可能出现所意想不到的情况。这时的一般策略是使用synchronized解决，因为synchronized能够保证多个线程不会同时更新该变量。然而，从jdk 5之后，提供了粒度更细、量级更轻，并且在多核处理器具有高性能的原子操作类。因为原子操作类把竞争的范围缩小到单个变量上，这可以算是粒度最细的情况了。

原子操作类相当于泛化的volatile变量，能够支持原子读取-修改-写操作。比如AtomicInteger表示一个int类型的数值，提供了get和set方法，这些volatile类型的变量在读取与写入上有着相同的内存语义。原子操作类共有13个类，在java.util.concurrent.atomic包下，可以分为四种类型的原子更新类：原子更新基本类型、原子更新数组类型、原子更新引用和原子更新属性。

AtomicBoolean：原子更新布尔变量
AtomicInteger：原子更新整型变量
AtomicLong：原子更新长整型变量

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class T {
    /*volatile*/ //int count = 0;

    AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); 

    /*synchronized*/ void m() { 
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
            //if count.get() < 1000
            count.incrementAndGet(); //count++
    }

    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();

        List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threads.add(new Thread(t::m, "thread-" + i));
        }

        threads.forEach((o) -> o.start());

        threads.forEach((o) -> {
            try {
                o.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        System.out.println(t.count);

    }

}

运行结果：

1557018137321