1、并发编程基础-基础知识点

1、线程安全

线程安全概念：当多个线程访问某一个类（对象或者方法）时，这个类始终都能够表现出正确的行为，那么这个类（对象或者方法）就是线程安全。

synchronized:可以在任意对象及方法上加锁，而加锁的这段代码称为“互斥区”或者“临界区”

当多个线程访问myThread的run方法时，以排队的方式进行处理（这里排队是按照cpu分配的先后顺序而定），一个线程想
要执行syncheonized修饰的方法里的代码。

首先是尝试获得锁，如果拿到锁，才会执行synchronized代码内容；如果拿不到锁就会去竞争这把锁。

所以如果多个线程同时去执行synchronized的代码，就会产生锁竞争的问题。如果线程的数量不大，对cpu的影响还好。但是如果同时比如有1万个线程去竞争这把锁，那么必然造成cpu的使用峰值非常高，或者是电脑之间挂掉。

public class MyThread extends Thread{
private int count = 5 ;
//synchronized加锁
public void run(){
count--;
System.out.println(this.currentThread().getName() + " count = "+ count);
}
public static void main(String[] args) {
/**
* 分析：当多个线程访问myThread的run方法时，以排队的方式进行处理（这里排对是按照CPU分配的先后顺序而定的），
* 一个线程想要执行synchronized修饰的方法里的代码：
* 1 尝试获得锁
* 2 如果拿到锁，执行synchronized代码体内容；拿不到锁，这个线程就会不断的尝试获得这把锁，直到拿到为止，
* 而且是多个线程同时去竞争这把锁。（也就是会有锁竞争的问题）
*/
MyThread myThread = new MyThread();
Thread t1 = new Thread(myThread,"t1");
Thread t2 = new Thread(myThread,"t2");
Thread t3 = new Thread(myThread,"t3");
Thread t4 = new Thread(myThread,"t4");
Thread t5 = new Thread(myThread,"t5");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}

如多展示：

上图展示了T1竞争到锁，其他线程进入等待

上图展示了T1释放了锁，其他线程开始竞争锁。

2、多个线程多个锁

多个线程多个锁：多个线程，每个线程都可以拿到自己指定的锁，分别获得锁之后，执行synchronized方法体的内容。

关键字synchronized取得的锁都是对象锁或者类锁，而不是把一段代码（方法）当做锁。所以实例中哪个线程先执行synchronized关键字的方法，每个线程就持有该方法所属对象的锁（Lock）,两个对象，线程获得的就是两个不同的锁，他们互不影响。

但是有一种情况则是相同的锁，即在静态方法上加上synchronized关键字，表示锁定.class类，类级别的锁（独占.class类）。

所以锁，我们通常分为对象锁和类锁。

/**
 * 关键字synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码（方法）当做锁，
 * 所以代码中哪个线程先执行synchronized关键字的方法，哪个线程就持有该方法所属对象的锁（Lock），
 * 
 * 在静态方法上加synchronized关键字，表示锁定.class类，类一级别的锁（独占.class类）。
 *
 */
public class MultiThread {

    private int num = 0;

    /** static */
    public synchronized void printNum(String tag){
        try {

            if(tag.equals("a")){
                num = 100;
                System.out.println("tag a, set num over!");
                Thread.sleep(1000);
            } else {
                num = 200;
                System.out.println("tag b, set num over!");
            }

            System.out.println("tag " + tag + ", num = " + num);

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

    //注意观察run方法输出顺序
    public static void main(String[] args) {

        //俩个不同的对象
        final MultiThread m1 = new MultiThread();
        final MultiThread m2 = new MultiThread();

        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                m1.printNum("a");
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override 
            public void run() {
                m2.printNum("b");
            }
        });     

        t1.start();
        t2.start();

    }
}

3、对象锁的同步和异步

同步：synchronized
同步的概念就是共享，我们要牢牢记住“共享”这两个字，如果不是共享的资源，就没有必要进行同步。

异步：asynchronized
异步的概念就是独立，相互之间不接受任何制约。就好像我们学习http的时候，在页面发起的Ajax请求，我们还可以继续浏览或者操作页面的内容，二者之间没有任何的关系。

同步的目的就是为了线程安全，其实对于线程安全来说，需要满足两个特性：

原子性（同步）
可见性

/**
* 对象锁的同步和异步问题
* @author alienware
*
*/
public class MyObject {

    public synchronized void method1(){
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /** synchronized */
    public void method2(){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {

        final MyObject mo = new MyObject();

        /**
         * 分析：
         * t1线程先持有object对象的Lock锁，t2线程可以以异步的方式调用对象中的非synchronized修饰的方法
         * t1线程先持有object对象的Lock锁，t2线程如果在这个时候调用对象中的同步（synchronized）方法则需等待，也就是同步
         */
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mo.method1();
            }
        },"t1");

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mo.method2();
            }
        },"t2");

        t1.start();
        t2.start();

    }

}

上面程序说明：
1) A线程先持有object对象的Lock锁，B线程如果在这个时候调用对象中的同步（synchronized）方法则需要等待，也就是同 步。表示调用的方法是同步的方法（和A线程共享的资源）
2) A线程先持有object对象的Lock锁，B线程可以以异步的方法调用对象中的非synchronized修饰的方法。

4、脏读

对于对象的同步和异步的方法，我们在设计自己的程序的时候。一定要考虑问题的整体性，不然就会出现数据不一致的错误，很多经典的错误就是脏读（dirtyread）.

/**
* 业务整体需要使用完整的synchronized，保持业务的原子性。
*
*/
public class DirtyRead {

private String username = "bjsxt";
private String password = "123";

public synchronized void setValue(String username, String password) {
this.username = username;

try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

this.password = password;

System.out.println("setValue最终结果：username = " + username + " , password = " + password);
}

public /*synchronized*/ void getValue() {
System.out.println("getValue方法得到：username = " + this.username + " , password = " + this.password);
}


public static void main(String[] args) throws Exception {

final DirtyRead dr = new DirtyRead();

//启动一个线程去做业务修改
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
dr.setValue("z3", "456");
}
});
t1.start();
Thread.sleep(1000);

//主线程在上面的线程中还没执行完毕就可以执行查询操作，导致获取到的结果和我们预期结果不一致。产生了脏读。所以为了保障原子性，getValue()也必须使用同步的方法，这样才能产生预期的结果。
dr.getValue();
}


}

上面程序输出结果：

getValue方法得到：username = z3 , password = 123
setValue最终结果：username = z3 , password = 456

在我们对一个对象的方法加锁的时候，需要考虑业务的整体性，即为setValue/getValue方法同时加锁synchronized同步关键字，保证业务（service）的原子性，不然会出现业务错误（也从侧面保证业务的一致性）。

如下图：

问题：
当9:00的时候T1查询id=10000，假设9:30才把数据查询出来。T2在9:05分执行update更新了id=10000,将值变为value20000。此时T1获取的值是value10000，还是value20000。

答案：
正确的值，数据为了保证数据的完整性。T1在9点执行查询的时候，数据库就应该在9:00把所有值记录下来，直到返回value10000给T1。当T1执行第二次查询的时候才应该返回value20000给T1

5、volatile关键字的概念

volatile概念：volatile关键字的主要作用是使用变量在多个线程间可见。

在java中，每一个线程都会有块工作内存区，其中存放着所有线程共享的主内存中的变量值的拷贝（作用是提交线程的处理效率）。当线程执行时，他在自己的工作内存区中操作这些变量。为了存取一个共享的变量，一个线程
通常先获取锁定并去清楚它的内存工作区，把这些共享变量从所有线程的共享内存区中正确的装入到它自己所在的工作内存区中，当线程解锁时保证该工作内存区中变量的值写回到共享内存中。

一个线程可以执行的操作有使用（use）、赋值（assign）、装载（load）、存储（store）、锁定（lock）、解锁（unlock）。

而主内存可以执行的操作有读（read）、写（write）、锁定（lock）、解锁（unlock），每个操作都是原子的。

volatile的作用就是强制线程到主内存（共享内存）里面去读取变量，而不去线程工作内存区里去读取，从而实现了多个线程间的变量可见。也就是满足线程安全的可见性。

图中展示了程序中有3个线程，主线程main、T1、T2。主线程有个全局的变量 i .当程序运行时会是下面这样子的，T1和T2直接数据是隔离的，T1会读取主线程的int i = 0到自己内存中做 赋值操作 i+100,此时 int i =100了。当线程T2运行时，它也会读取主线程的 i 到自己的内存中，但它读取到的数值不是int i = 100。而依然是 int i =0，他是看到见T1 已经对I做了+100的操作的。所以T1 和 T2直接的操作数据是隔离。

早期实现同步是使用加锁（方法加锁或者变量加锁）的方式实现的，但是这种效率非常低。同一时间点始终只有一个线程在操作公有的变量。

如下图：

public class RunThread extends Thread{

private /*volatile*/ boolean isRunning = true;

private void setRunning(boolean isRunning){
this.isRunning = isRunning;
}

@Override
public void run(){
System.out.println("进入run方法..");
int i = 0;
while(isRunning == true){
//..
}
System.out.println("线程停止");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
RunThread rt = new RunThread();
rt.start();

Thread.sleep(1000);
rt.setRunning(false);
System.out.println("isRunning的值已经被设置了false");
}

}

运行上面的程序，如何把 volatile 注释了，那么就程序就不会停下下来。造成这个现象可以看下面的图解释。主要是因为 不加volatile 时isRunning 变量是隔离的。

内存分析图如下：