（五）多线程：线程同步

1.线程安全问题

多个线程访问同一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那么这个对象就是线程安全的。
多个线程在操作共享的数据（读写操作），一条线程对共享数据的修改导致其他线程对数据的判断出错（共享数据未修改之前就已出判断）而做出的错误处理，最终产生错误的结果，称之为线程不安全。

2.同步代码块

Java的多线程支持引入同步监视器来解决线程安全问题，使用同步监视器的通用方法就是同步代码块。

    synchronized(obj) {

        ...
        //此处代码就是代码同步快
    }

synchronized后括号里的obj就是同步监视器，上面代码的含义是：线程开始执行之前，必须先获得对同步监视器的锁定。

注意：任何时刻只能有一个线程可以获得对同步监视器的锁定，当同步代码执行完成后，该线程会释放对该同步监视器的锁定。
推荐：通常推荐使用可能被并发访问的共享资源充当同步监视器。

3.同步方法

同步方法就是使用synchronized关键字来修饰某个方法，则该方法称为同步方法。对于synchronized修饰的实例方法（非static方法）而言，无须显示指定同步监视器，同步方法的同步监视器是this，也就是调用改方法的对象。
通过使用同步方法可以非常简单的实现线程安全的类，线程安全的类具有如下特征：

该类的对象可以被多个线程安全地访问
每个线程调用该对象地任意方法之后都可以得到正确结果。
每个线程调用该对象地任意方法只有，该对象状态依然保持合理状态。

为了减少线程安全所带来的负面影响，程序可以采用如下策略：

不要对线程安全类的所有方法都进行同步，只有那些会改变竞争资源（竞争资源也就是共享资源）的方法进行同步。
如果可变类有两种运行环境：单线程环境和多线程环境，则应该为该可变类提供两种版本，即线程不安全和先线程安全版本。在单线程环境中使用线程不安全版本以保证性能，在多线程环境中使用线程安全版本。如：StringBuilder和StringBuffer

4.释放同步监视器的锁定

任何线程进入同步代码块，同步方法之前，必须先获得对同步监视器的锁定，程序无法显式释放对同步监视器的锁定，线程会在如下几种情况下释放对同步监视器的锁定:

当前线程的同步方法，同步代码块执行结束，当前线程即释放同步监视器。
当前线程在同步代码块，同步方法中遇到break，return终止了该代码块，该方法的继续执行，当前线程将会释放同步监视器。
当前线程在同步代码块，同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致了该代码块，该同步方法异常结束时，当前线程将会释放同步监视器。
当前线程执行同步代码块或同步方法时，程序执行了同步监视器对象的wait()方法，则当前线程暂停，并释放同步监视器。

如下情况，线程不会释放同步监视器：

线程执行同步代码块或同步方法时，线程调用了Thread.sleep()，Thread.yield()方法来暂停当前线程的执行，当前线程不会释放同步监视器。
线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放同步监视器。当然，程序应该尽量避免使用suspend()和resume()方法来控制线程。

5.同步锁（Lock）

从Java5开始，Java提供了一种功能更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步，在这种机制下，同步锁由Lock()对象充当。
Lock提供了比synchronized方法和synchronized代码块更广泛的锁操作，Lock允许实现更灵活的结构，可以具有很大的属性，并且支持多个相关的Condition对象。
Lock是控制多个线程对共享i元进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独立访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
在实现线程安全的控制中，比较常用的是RenntrantLock（可重入锁）。使用该Lock可以显式加锁，释放锁。

public class ReentrantLockClass {

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void m() {
        //加锁
        lock.lock();
        try {

            //需要保证线程安全的代码
            // method code
        } finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

Lock提供了同步方法和同步代码没有的其他功能，包括用户非块结构的tryLock()方法，以及试图获取可中断锁的lockInterruptibly()方法。

6.死锁

当两个线程相互等待对方释放同步监视器时就会发生死锁，Java虚拟机没有检测，也没有采取措施来处理死锁情况，所以多线程编程时应该采取措施避免死锁出现。一旦出现死锁，整个程序既不会发生任何异常，也不会给出任何提示，只有所有线程处于阻塞状态，无法继续。
示例代码：

public class A {

    public synchronized void a1(B b) {
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "，进入A实例a1()方法");
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "，企图调用B实例b2()方法");
        b.b2();
    }

    public synchronized void a2() {
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "，进入A实例a2()方法");
    }

}

public class B {
    public synchronized void b1(A a) {
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "，进入B实例b1()方法");
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "，企图调用A实例a2()方法");
        a.a2();
    }

    public synchronized void b2() {
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "，进入B实例b2()方法");
    }

}

public class DeadLock implements Runnable {

    A a = new A();
    B b = new B();

    public void init() {
        a.a1(b);
    }

    @Override
    public void run() {
        b.b1(a);
    }

    public static void main(String[] args) {
        DeadLock deadLock = new DeadLock();
        new Thread(deadLock).start();
        deadLock.init();
    }
}

程序阻塞，输出结果：

当前线程:main，进入A实例a1()方法
当前线程:Thread-0，进入B实例b1()方法
当前线程:main，企图调用B实例b2()方法
当前线程:Thread-0，企图调用A实例a2()方法

注意：由于Thread类得suspend()方法也很容易导致死锁，所以Java不在推荐使用该方法来暂停线程的执行。

文章内容均取自《疯狂Java讲义-李刚》一书中多线程章节。截取重要知识点作为笔记记录，方便自己回顾。