멀티 스레드 프로그래밍에서 스레드 안전성은 가장 중요한 문제 중 하나입니다. 핵심 개념은 정확성, 즉 여러 스레드가 공유 , 가변 데이터는 데이터 손상이나 기타 예상치 못한 결과로 이어지지 않습니다. 모든 동시성 모드는 이 문제를 해결하는 경우 중요한 리소스에 대한 직렬화된 액세스를 사용합니다. Java에서는 동기화된 상호 배타적 액세스를 구현하기 위해 동기화 및 잠금이라는 두 가지 방법이 제공됩니다. 이 기사에서는 특정 사용 시나리오(동기화 메소드, 동기화 코드 블록, 인스턴스 객체 잠금 및 클래스 객체 잠금), 재진입 및 예방 조치를 포함하여 Java 동시성에서 동기화 내장 잠금 적용에 대해 자세히 설명합니다.
싱글 스레드에서는 스레드 안전성 문제가 발생하지 않지만, 멀티 스레드 프로그래밍에서는 동일한 공유 리소스와 변수 리소스에 동시에 접근이 가능합니다. , 이 리소스는 변수, 객체, 파일 등이 될 수 있습니다.
두 가지 점에 특히 주의하세요. 공유: 리소스에 동시에 여러 스레드에 액세스할 수 있음을 의미합니다.
변수: 이는 리소스가 수명 동안 수정될 수 있음을 의미합니다. 따라서 여러 스레드가 동시에 이러한 종류의 리소스에 액세스하면 문제가 발생합니다. 각 스레드의 실행 프로세스를 제어할 수 없으므로 개체의 변수 상태에 대한 액세스를 조정하기 위해 동기화 메커니즘을 사용해야 합니다.
데이터 읽기의 예를 들어보세요:
//资源类
class PublicVar {
public String username = "A";
public String password = "AA";
//同步实例方法
public synchronized void setValue(String username, String password) {
try {
this.username = username;
Thread.sleep(5000);
this.password = password;
System.out.println("method=setValue " +"\t" + "threadName="
+ Thread.currentThread().getName() + "\t" + "username="
+ username + ", password=" + password);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//非同步实例方法
public void getValue() {
System.out.println("method=getValue " + "\t" + "threadName="
+ Thread.currentThread().getName()+ "\t" + " username=" + username
+ ", password=" + password);
}
}
//线程类
class ThreadA extends Thread {
private PublicVar publicVar;
public ThreadA(PublicVar publicVar) {
super();
this.publicVar = publicVar;
}
@Override
public void run() {
super.run();
publicVar.setValue("B", "BB");
}
}
//测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try {
//临界资源
PublicVar publicVarRef = new PublicVar();
//创建并启动线程
ThreadA thread = new ThreadA(publicVarRef);
thread.start();
Thread.sleep(200);// 打印结果受此值大小影响
//在主线程中调用
publicVarRef.getValue();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}/* Output ( 数据交叉 ):
method=getValue threadName=main username=B, password=AA
method=setValue threadName=Thread-0 username=B, password=BB
*///:~프로그램 출력에서 볼 수 있듯이 쓰기 작업이 동기화되더라도 일부 오류는 여전히 발생할 수 있습니다. 위에 표시된 더티 읽기와 같은 예기치 않은 상황. 더티 읽기(Dirty Reading)는 읽기 작업을 수행할 때 해당 데이터가 다른 스레드에 의해 부분적으로 수정되어 데이터 교차가 발생하는 경우 발생합니다.
실제로는 스레드 안전성 문제입니다. 즉, 여러 스레드가 동시에 리소스에 액세스할 때 프로그램 실행 결과가 보고 싶은 결과가 아닐 수 있습니다. 여기서는 이 리소스를 중요 리소스라고 합니다. 즉, 여러 스레드가 중요한 리소스(객체, 객체의 속성 , 파일, 데이터베이스 등)에 동시에 액세스하는 경우 스레드 안전성 문제가 발생할 수 있습니다.
그러나 여러 스레드가 메서드를 실행할 때 메서드 내부의 지역 변수는 중요한 리소스가 아닙니다. 이러한 지역 변수는 각 스레드의 전용 스택에 있으므로 공유되지 않으며 스레드 안전을 초래하지 않기 때문입니다. 문제.
실제로 모든 동시성 모드는 스레드 안전 문제를 해결할 때 중요한 리소스에 대한 직렬화된 액세스를 사용합니다. 즉, 동시에 단 하나의 스레드만이 중요한 리소스에 액세스할 수 있으며 이를 동기식 상호 배타적 액세스라고도 합니다. 즉, 중요한 리소스에 액세스하는 코드 앞에 잠금을 추가하고 다른 스레드가 계속 액세스할 수 있도록 잠금을 해제합니다.
Java에서는 동기식 상호 배타적 액세스를 구현하기 위해 동기화 및 잠금이라는 두 가지 방법이 제공됩니다. 이 기사에서는 주로 동기화 사용에 대해 설명합니다. Lock 사용은 내 다른 블로그 게시물 "Java Concurrency: Lock Framework 세부 설명"에 설명되어 있습니다.
동기화된 키워드의 사용 방법을 이해하기 전에 먼저 상호 배제 액세스 잠금의 목적을 달성할 수 있는 뮤텍스 잠금 개념을 살펴보겠습니다. 간단한 예로, 중요한 리소스에 뮤텍스 잠금이 추가되면 한 스레드가 중요한 리소스에 액세스하면 다른 스레드는 대기만 할 수 있습니다.
Java에서는 동기화된 키워드를 사용하여 메서드나 코드 블록을 표시할 수 있습니다. 스레드가 개체의 동기화된 메서드를 호출하거나 동기화된 코드 블록에 액세스하면 스레드가 개체의 잠금을 획득합니다. 스레드는 일시적으로 이 메서드에 액세스할 수 없습니다. 이 메서드나 코드 블록이 실행될 때만 이 스레드가 개체의 잠금을 해제하고 다른 스레드가 이 메서드나 코드 블록을 실행할 수 있습니다.
다음 코드에서 두 스레드는 insertData 객체 를 호출하여 데이터를 삽입합니다 :
1) 동기화된 메서드
public class Test {
public static void main(String[] args) {
final InsertData insertData = new InsertData();
// 启动线程 1
new Thread() {
public void run() {
insertData.insert(Thread.currentThread());
};
}.start();
// 启动线程 2
new Thread() {
public void run() {
insertData.insert(Thread.currentThread());
};
}.start();
}
}
class InsertData {
// 共享、可变资源
private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
//对共享可变资源的访问
public void insert(Thread thread){
for(int i=0;i<5;i++){
System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
arrayList.add(i);
}
}
}/* Output:
Thread-0在插入数据0
Thread-1在插入数据0
Thread-0在插入数据1
Thread-0在插入数据2
Thread-1在插入数据1
Thread-1在插入数据2
*///:~실행 결과에 따르면 두 스레드가 insert() 메소드를 동시에 실행하고 있는 것을 확인할 수 있습니다. 그리고 insert() 메소드 앞에 동기화 키워드를 추가하면 실행 결과는 다음과 같습니다.
class InsertData {
private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
public synchronized void insert(Thread thread){
for(int i=0;i<5;i++){
System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
arrayList.add(i);
}
}
}/* Output:
Thread-0在插入数据0
Thread-0在插入数据1
Thread-0在插入数据2
Thread-1在插入数据0
Thread-1在插入数据1
Thread-1在插入数据2
*///:~위 출력 결과를 보면 Thread-0이 데이터를 삽입한 후에 Thread-1이 데이터를 삽입하는 것을 알 수 있습니다. 데이터. Thread-0과 Thread-1은 insert() 메서드를 순차적으로 실행합니다. 이것이 동기화된 키워드가 메소드에 대해 수행하는 작업입니다.
단, 다음 세 가지 사항에 주의해야 합니다.
1）当一个线程正在访问一个对象的 synchronized 方法，那么其他线程不能访问该对象的其他 synchronized 方法。这个原因很简单，因为一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，所以无法访问该对象的其他synchronized方法。
2）当一个线程正在访问一个对象的 synchronized 方法，那么其他线程能访问该对象的非 synchronized 方法。这个原因很简单，访问非 synchronized 方法不需要获得该对象的锁，假如一个方法没用 synchronized 关键字修饰，说明它不会使用到临界资源，那么其他线程是可以访问这个方法的，
3）如果一个线程 A 需要访问对象 object1 的 synchronized 方法 fun1，另外一个线程 B 需要访问对象 object2 的 synchronized 方法 fun1，即使 object1 和 object2 是同一类型），也不会产生线程安全问题，因为他们访问的是不同的对象，所以不存在互斥问题。
2) synchronized 同步块
synchronized 代码块类似于以下这种形式：
synchronized (lock){
//访问共享可变资源
...
}当在某个线程中执行这段代码块，该线程会获取对象lock的锁，从而使得其他线程无法同时访问该代码块。其中，lock 可以是 this，代表获取当前对象的锁，也可以是类中的一个属性，代表获取该属性的锁。特别地， 实例同步方法 与 synchronized(this)同步块 是互斥的，因为它们锁的是同一个对象。但与 synchronized(非this)同步块 是异步的，因为它们锁的是不同对象。
比如上面的insert()方法可以改成以下两种形式：
// this 监视器
class InsertData {
private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
public void insert(Thread thread){
synchronized (this) {
for(int i=0;i<100;i++){
System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
arrayList.add(i);
}
}
}
}
// 对象监视器
class InsertData {
private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
private Object object = new Object();
public void insert(Thread thread){
synchronized (object) {
for(int i=0;i<100;i++){
System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
arrayList.add(i);
}
}
}
}从上面代码可以看出，synchronized代码块 比 synchronized方法 的粒度更细一些，使用起来也灵活得多。因为也许一个方法中只有一部分代码只需要同步，如果此时对整个方法用synchronized进行同步，会影响程序执行效率。而使用synchronized代码块就可以避免这个问题，synchronized代码块可以实现只对需要同步的地方进行同步。
3) class 对象锁
特别地，每个类也会有一个锁，静态的 synchronized方法 就是以Class对象作为锁。另外，它可以用来控制对 static 数据成员 （static 数据成员不专属于任何一个对象，是类成员） 的并发访问。并且，如果一个线程执行一个对象的非static synchronized 方法，另外一个线程需要执行这个对象所属类的 static synchronized 方法，也不会发生互斥现象。因为访问 static synchronized 方法占用的是类锁，而访问非 static synchronized 方法占用的是对象锁，所以不存在互斥现象。例如，
public class Test {
public static void main(String[] args) {
final InsertData insertData = new InsertData();
new Thread(){
@Override
public void run() {
insertData.insert();
}
}.start();
new Thread(){
@Override
public void run() {
insertData.insert1();
}
}.start();
}
}
class InsertData {
// 非 static synchronized 方法
public synchronized void insert(){
System.out.println("执行insert");
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("执行insert完毕");
}
// static synchronized 方法
public synchronized static void insert1() {
System.out.println("执行insert1");
System.out.println("执行insert1完毕");
}
}/* Output:
执行insert
执行insert1
执行insert1完毕
执行insert完毕
*///:~根据执行结果，我们可以看到第一个线程里面执行的是insert方法，不会导致第二个线程执行insert1方法发生阻塞现象。下面，我们看一下 synchronized 关键字到底做了什么事情，我们来反编译它的字节码看一下，下面这段代码反编译后的字节码为：
public class InsertData {
private Object object = new Object();
public void insert(Thread thread){
synchronized (object) {}
}
public synchronized void insert1(Thread thread){}
public void insert2(Thread thread){}
}
从反编译获得的字节码可以看出，synchronized 代码块实际上多了 monitorenter 和 monitorexit 两条指令。 monitorenter指令执行时会让对象的锁计数加1，而monitorexit指令执行时会让对象的锁计数减1，其实这个与操作系统里面的PV操作很像，操作系统里面的PV操作就是用来控制多个进程对临界资源的访问。对于synchronized方法，执行中的线程识别该方法的 method_info 结构是否有 ACC_SYNCHRONIZED 标记设置，然后它自动获取对象的锁，调用方法，最后释放锁。如果有异常发生，线程自动释放锁。
有一点要注意：对于 synchronized方法 或者 synchronized代码块，当出现异常时，JVM会自动释放当前线程占用的锁，因此不会由于异常导致出现死锁现象。
一般地，当某个线程请求一个由其他线程持有的锁时，发出请求的线程就会阻塞。然而，由于 Java 的内置锁是可重入的，因此如果某个线程试图获得一个已经由它自己持有的锁时，那么这个请求就会成功。可重入锁最大的作用是避免死锁。例如：
public class Test implements Runnable {
// 可重入锁测试
public synchronized void get() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
set();
}
public synchronized void set() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
@Override
public void run() {
get();
}
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
new Thread(test,"Thread-0").start();
new Thread(test,"Thread-1").start();
new Thread(test,"Thread-2").start();
}
}/* Output:
Thread-1
Thread-1
Thread-2
Thread-2
Thread-0
Thread-0
*///:~由于字符串常量池的原因，在大多数情况下，同步synchronized代码块 都不使用 String 作为锁对象，而改用其他，比如 new Object() 实例化一个 Object 对象，因为它并不会被放入缓存中。看下面的例子：
//资源类
class Service {
public void print(String stringParam) {
try {
synchronized (stringParam) {
while (true) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(1000);
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//线程A
class ThreadA extends Thread {
private Service service;
public ThreadA(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.print("AA");
}
}
//线程B
class ThreadB extends Thread {
private Service service;
public ThreadB(Service service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.print("AA");
}
}
//测试
public class Run {
public static void main(String[] args) {
//临界资源
Service service = new Service();
//创建并启动线程A
ThreadA a = new ThreadA(service);
a.setName("A");
a.start();
//创建并启动线程B
ThreadB b = new ThreadB(service);
b.setName("B");
b.start();
}
}/* Output (死锁):
A
A
A
A
...
*///:~出现上述结果就是因为 String 类型的参数都是 “AA”，两个线程持有相同的锁，所以 线程B 始终得不到执行，造成死锁。进一步地，所谓死锁是指：
不同的线程都在等待根本不可能被释放的锁，从而导致所有的任务都无法继续完成。
b). 锁的是对象而非引用
在将任何数据类型作为同步锁时，需要注意的是，是否有多个线程将同时去竞争该锁对象：
1).若它们将同时竞争同一把锁，则这些线程之间就是同步的；
2).否则，这些线程之间就是异步的。
看下面的例子：
//资源类
class MyService {
private String lock = "123";
public void testMethod() {
try {
synchronized (lock) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " begin "
+ System.currentTimeMillis());
lock = "456";
Thread.sleep(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " end "
+ System.currentTimeMillis());
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//线程B
class ThreadB extends Thread {
private MyService service;
public ThreadB(MyService service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.testMethod();
}
}
//线程A
class ThreadA extends Thread {
private MyService service;
public ThreadA(MyService service) {
super();
this.service = service;
}
@Override
public void run() {
service.testMethod();
}
}
//测试
public class Run1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//临界资源
MyService service = new MyService();
//线程A
ThreadA a = new ThreadA(service);
a.setName("A");
//线程B
ThreadB b = new ThreadB(service);
b.setName("B");
a.start();
Thread.sleep(50);// 存在50毫秒
b.start();
}
}/* Output(循环):
A begin 1484319778766
B begin 1484319778815
A end 1484319780766
B end 1484319780815
*///:~由上述结果可知，线程 A、B 是异步的。因为50毫秒过后， 线程B 取得的锁对象是 “456”，而 线程A 依然持有的锁对象是 “123”。所以，这两个线程是异步的。若将上述语句 “Thread.sleep(50);” 注释，则有：
//测试
public class Run1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//临界资源
MyService service = new MyService();
//线程A
ThreadA a = new ThreadA(service);
a.setName("A");
//线程B
ThreadB b = new ThreadB(service);
b.setName("B");
a.start();
// Thread.sleep(50);// 存在50毫秒
b.start();
}
}/* Output(循环):
B begin 1484319952017
B end 1484319954018
A begin 1484319954018
A end 1484319956019
*///:~由上述结果可知，线程 A、B 是同步的。因为线程 A、B 竞争的是同一个锁“123”，虽然先获得运行的线程将 lock 指向了 对象“456”，但结果还是同步的。因为线程 A 和 B 共同争抢的锁对象是“123”，也就是说，锁的是对象而非引用。
用一句话来说，synchronized 内置锁 是一种 对象锁 (锁的是对象而非引用)， 作用粒度是对象 ，可以用来实现对 临界资源的同步互斥访问 ，是 可重入 的。特别地，对于 临界资源 有：
若该资源是静态的，即被 static 关键字修饰，那么访问它的方法必须是同步且是静态的，synchronized 块必须是 class锁；
若该资源是非静态的，即没有被 static 关键字修饰，那么访问它的方法必须是同步的，synchronized 块是实例对象锁；
实质上，关键字synchronized 主要包含两个特征：
互斥性：保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某一个方法或某一个代码块；
可见性：保证线程工作内存中的变量与公共内存中的变量同步，使多线程读取共享变量时可以获得最新值的使用。
위 내용은 내장 잠금의 Java 동시 개발 샘플 코드 동기화됨의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!
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