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多线程基础必要知识点！看了学习多线程事半功倍

2018-04-23  本文已影响378人  Java3y

前言

不小心就鸽了几天没有更新了，这个星期回家咯。在学校的日子要努力一点才行!

只有光头才能变强

回顾前面：

本文章的知识主要参考《Java并发编程实战》这本书的前4章，这本书的前4章都是讲解并发的基础的。要是能好好理解这些基础，那么我们往后的学习就会事半功倍。

当然了，《Java并发编程实战》可以说是非常经典的一本书。我是未能完全理解的，在这也仅仅是抛砖引玉。想要更加全面地理解我下面所说的知识点，可以去阅读一下这本书，总的来说还是不错的。

首先来预览一下《Java并发编程实战》前4章的目录究竟在讲什么吧：

第1章　简介

ps：这一部分我就不讲了，主要是引出我们接下来的知识点，有兴趣的同学可翻看原书~

第2章　线程安全性

第3章　对象的共享

第4章　对象的组合

那么接下来我们就开始吧~

一、使用多线程遇到的问题

1.1线程安全问题

在前面的文章中已经讲解了线程【多线程三分钟就可以入个门了！】，多线程主要是为了提高我们应用程序的使用率。但同时，这会给我们带来很多安全问题！

如果我们在单线程中以“顺序”(串行-->独占)的方式执行代码是没有任何问题的。但是到了多线程的环境下(并行)，如果没有设计和控制得好，就会给我们带来很多意想不到的状况，也就是线程安全性问题

因为在多线程的环境下，线程是交替执行的，一般他们会使用多个线程执行相同的代码。如果在此相同的代码里边有着共享的变量，或者一些组合操作，我们想要的正确结果就很容易出现了问题

简单举个例子：


public class UnsafeCountingServlet extends GenericServlet implements Servlet {
    private long count = 0;

    public long getCount() {
        return count;
    }

    public void service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {

        ++count;
        // To something else...
    }
}

但是在多线程环境下跑起来，它的count值计算就不对了！

首先，它共享了count这个变量，其次来说++count;这是一个组合的操作(注意，它并非是原子性）

于是多线程执行的时候很可能就会有这样的情况：

如果说：当多个线程访问某个类的时候，这个类始终能表现出正确的行为，那么这个类就是线程安全的！

有个原则：能使用JDK提供的线程安全机制，就使用JDK的。

当然了，此部分其实是我们学习多线程最重要的环节，这里我就不详细说了。这里只是一个总览，这些知识点在后面的学习中都会遇到~~~

1.3性能问题

使用多线程我们的目的就是为了提高应用程序的使用率，但是如果多线程的代码没有好好设计的话，那未必会提高效率。反而降低了效率，甚至会造成死锁！

就比如说我们的Servlet，一个Servlet对象可以处理多个请求的，Servlet显然是一个天然支持多线程的。

又以下面的例子来说吧：


public class UnsafeCountingServlet extends GenericServlet implements Servlet {
    private long count = 0;

    public long getCount() {
        return count;
    }

    public void service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {

        ++count;
        // To something else...
    }
}

从上面我们已经说了，上面这个类是线程不安全的。最简单的方式：如果我们在service方法上加上JDK为我们提供的内置锁synchronized，那么我们就可以实现线程安全了。


public class UnsafeCountingServlet extends GenericServlet implements Servlet {
    private long count = 0;

    public long getCount() {
        return count;
    }

    public void synchronized service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {

        ++count;
        // To something else...
    }
}

虽然实现了线程安全了，但是这会带来很严重的性能问题：

这就导致了：我们完成一个小小的功能，使用了多线程的目的是想要提高效率，但现在没有把握得当，却带来严重的性能问题！

在使用多线程的时候：更严重的时候还有死锁(程序就卡住不动了)。

这些都是我们接下来要学习的地方：学习使用哪种同步机制来实现线程安全，并且性能是提高了而不是降低了~

二、对象的发布与逸出

书上是这样定义发布和逸出的：

发布(publish) 使对象能够在当前作用域之外的代码中使用

逸出(escape) 当某个不应该发布的对象被发布了

常见逸出的有下面几种方式：

静态域逸出：

image

public修饰get方法：

nSAMemW.png

方法参数传递我就不再演示了，因为把对象传递过去给另外的方法，已经是逸出了~

下面来看看该书给出this逸出的例子：

2L0Blk6.png

逸出就是本不应该发布对象的地方，把对象发布了。导致我们的数据泄露出去了，这就造成了一个安全隐患！理解起来是不是简单了一丢丢？

2.1安全发布对象

上面谈到了好几种逸出的情况，我们接下来来谈谈如何安全发布对象。

安全发布对象有几种常见的方式：

三、解决多线程遇到的问题

从上面我们就可以看到，使用多线程会把我们的系统搞得挺复杂的。是需要我们去处理很多事情，为了防止多线程给我们带来的安全和性能的问题~

下面就来简单总结一下我们需要哪些知识点来解决多线程遇到的问题。

3.1简述解决线程安全性的办法

使用多线程就一定要保证我们的线程是安全的，这是最重要的地方！

在Java中，我们一般会有下面这么几种办法来实现线程安全问题：

3.2原子性和可见性

何为原子性？何为可见性？当初我在ConcurrentHashMap基于JDK1.8源码剖析中已经简单说了一下了。不了解的同学可以进去看看。

3.2.1原子性

在多线程中很多时候都是因为某个操作不是原子性的，使数据混乱出错。如果操作的数据是原子性的，那么就可以很大程度上避免了线程安全问题了！

原子性就是执行某一个操作是不可分割的，

image

也有人将其做成了表格来分类，我们来看看：

图片来源：https://blog.csdn.net/eson_15/article/details/51553338

使用这些类相关的操作也可以进他的博客去看看：

3.2.2可见性

对于可见性，Java提供了一个关键字：volatile给我们使用~

volatile经典总结：volatile仅仅用来保证该变量对所有线程的可见性，但不保证原子性

我们将其拆开来解释一下：

使用了volatile修饰的变量保证了三点：

一般来说，volatile大多用于标志位上(判断操作),满足下面的条件才应该使用volatile修饰变量：

参考资料：

3.3线程封闭

在多线程的环境下，只要我们不使用成员变量(不共享数据),那么就不会出现线程安全的问题了。

就用我们熟悉的Servlet来举例子，写了那么多的Servlet，你见过我们说要加锁吗？？我们所有的数据都是在方法(栈封闭)上操作的，每个线程都拥有自己的变量，互不干扰！

image

在方法上操作，只要我们保证不要在栈(方法)上发布对象(每个变量的作用域仅仅停留在当前的方法上)，那么我们的线程就是安全的

在线程封闭上还有另一种方法，就是我之前写过的：ThreadLocal就是这么简单

使用这个类的API就可以保证每个线程自己独占一个变量。(详情去读上面的文章即可)~

3.4不变性

不可变对象一定线程安全的。

上面我们共享的变量都是可变的，正由于是可变的才会出现线程安全问题。如果该状态是不可变的，那么随便多个线程访问都是没有问题的！

Java提供了final修饰符给我们使用，final的身影我们可能就见得比较多了，但值得说明的是：

就好像下面这个HashMap，用final修饰了。但是它仅仅保证了该对象引用hashMap变量所指向是不可变的，但是hashMap内部的数据是可变的，也就是说：可以add，remove等等操作到集合中~~~


  final HashMap<Person> hashMap = new HashMap<>();

不可变的对象引用在使用的时候还是需要加锁的

要想将对象设计成不可变对象，那么要满足下面三个条件：

String在我们学习的过程中我们就知道它是一个不可变对象，但是它没有遵循第二点(对象所有的域都是final修饰的)，因为JVM在内部做了优化的。但是我们如果是要自己设计不可变对象，是需要满足三个条件的。

image

3.5线程安全性委托

很多时候我们要实现线程安全未必就需要自己加锁，自己来设计。

我们可以使用JDK给我们提供的对象来完成线程安全的设计：

ESSyxEd.png

非常多的"工具类"供我们使用，这些在往后的学习中都会有所介绍的~~这里就不介绍了

四、最后

正确使用多线程能够提高我们应用程序的效率，同时给我们会带来非常多的问题，这些都是我们在使用多线程之前需要注意的地方。

无论是不变性、可见性、原子性、线程封闭、委托这些都是实现线程安全的一种手段。要合理地使用这些手段，我们的程序才可以更加健壮！

可以发现的是，上面在很多的地方说到了：锁。但我没有介绍它，因为我打算留在下一篇来写，敬请期待~~~

书上前4章花了65页来讲解，而我只用了一篇文章来概括，这是远远不够的，想要继续深入的同学可以去阅读书籍~

之前在学习操作系统的时候根据《计算机操作系统-汤小丹》这本书也做了一点点笔记，都是比较浅显的知识点。或许对大家有帮助

参考资料：

如果文章有错的地方欢迎指正，大家互相交流。习惯在微信看技术文章，想要获取更多的Java资源的同学，可以关注微信公众号:Java3y。为了大家方便，刚新建了一下qq群：742919422，大家也可以去交流交流。谢谢支持了！希望能多介绍给其他有需要的朋友

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