java的多线程机制

在项目中，经常会使用到多线程，例如android本身封装了handler来进行多线程通信，平时会用到eventbus，rx这样的框架来处理，自己用锁的时候已经很少了，但还是无法完全避免。多线程的概念非常好理解，是为了提高工作效率的一种方法，尤其在现代多cpu多核的计算机下，利用好各个资源是非常有必要的。在android等交互上，为了给用户良好体验，不能阻塞用户交互请求也必须在非ui线程上更新ui。

线程之间如何正确的通信是我们所关注的最关键的点。

首先问题在于线程为什么存在同步和通信的问题，这个可以看些java线程内存模型的文章，简单来说原因在于，jvm为每个线程维护了一个私有内存，线程间是不能直接通信的，他们通过与主存通信完成同步。大家知道，所谓线程，其实就是运行在cpu的指令流，就是方法的顺序执行。比如说，方法 f(),在线程1上被调用的，则这个方法是在线程1上执行的，咋一看像句废话，其实很多人会陷入某个变量是哪个线程的，比如说handler的理解上，经常有说是哪个线程的handler，实际上只是他们的loop方法在那个线程调用了而已，那只是一种易于记忆的说法，希望大家仔细思考。这里也同样说明了另外一个问题，即局部变量是不存在线程同步问题的，因为它的生命周期就是一个方法，即一个局部变量对象只存在于一个线程上。而相应的全局变量是存在线程安全问题的。每个线程内存维护了一份该变量的拷贝，或者说clone更便于理解，拿mips作为模型举例来理解，就是比如全局变量A a;会有一个寄存器存储其的地址，对应地址的内存上存有A的信息，成员变量值什么的，每个线程用到时都会从主存拷贝一份以上的信息。但是并不是立刻同步的，想要立刻写回可用volatile修饰。（非常不建议的做法）

这里，比如A里的成员变量 int mTv = 1；在线程1上做了mTv++运算，变成2，这时还未写回，但是线程2又做了一遍，则出现了同步问题，与我们预期是不一样的。这就是我们所要注意和需要解决的问题。

多线程不是java特有的，甚至java是没有自己的线程模型的，而是直接采用了操作系统的线程模型。很多维护机制都是从操作系统来的。下面介绍一下大家最常见到的volatile，(就是大家经常觉得反正加了保险的那个)，这里已经无数工程师劝过，这个要尽量避免使用，因为至今其使用场景都是非常之低的，反而会带来一些其他的问题。那么它到底什么意思呢。volatile修饰变量，有强制从主存读和回写的作用，理解起来很简单，就是用的时候从主存读，改变了就往主存回写。请注意，它完全不能解决我们的多线程问题！！这里就不得不提到另一个人气更高的关键字:synchronized，这也是jdk5唯一实现锁的方式（也就是说volatile根本不能算锁），理解更加简单，比如举个例子，被其修饰的变量是不会被两个线程同时调用改变的，是真真正正的锁，当然这是最重的锁了，大家想一下就知道这种方式是非常保险的，但也是非常不高效的（就是那个最笨的方法）。synchronized可以保证操作是原子性的，volatile是不能保证的。

什么叫原子性呢，大家知道物理学原子某种程度上算是物体组成基本物质了，可以理解为不可分割的，这里只是便于大家理解关键字概念，不涉及物理学知识。强制读写就不是一个原子性操作，比如i++，看起来是一步，实际上，要从主存读，然后把值拷贝给临时变量，临时变量加一赋回i，然后写回主存，也就是说，这整个是可以分割的，是可以进行一半暂停的，这里我们完成了加法运算还没写回主存，另一个线程调用i，从主存读值，显然出现了同步问题。线程工作内存可以说是主存的一份缓存，为了避免缓存不一致，volatile需要废掉此缓存。除了内存缓存之外，在CPU硬件级别也是有缓存的，即寄存器。假如线程A将变量X由0修改为1的时候，CPU是在其缓存内操作，没有及时回写到内存，那么JVM是无法X=1是能及时被之后执行的线程B看到的，JVM在处理volatile变量的时候，也同样用了硬件级别的缓存一致性原则。详细请查阅硬件级别cpu缓存相关的博客。

volatile是可以防止指令重排的，我觉得这个没什么特别大意义，大家感兴趣可以自己了解一下，其实就是汇编里那个流水线，可以算是cpu对代码运行的优化，总之建议大家不要随意使用。使用可以参阅正确使用 Volatile 变量。

synchronized这个用法，从对方法的修饰上来讲，其实可以理解为对对象的修饰，即是每个普通方法加了一个锁，这个锁便是对象本身。所以直接以synchronized （a）{}为例，这里是给代码块上了一把对象a的锁。锁在Java内存模型里在不同机制下对应不同的数据结构。每个对象都有个长度2个字宽的对象头(在32位虚拟机里，1字宽是4个字节，64位虚拟机里，1字宽是8个字节。如果是数组对象，则对象头是3个字宽，其中第三个字存储数组的长度)，这里面存储了对象的hashcode或锁信息，官方称它为“Mark Word”，如下图：

对象头的最后两位存储了锁的标志位，01是初始状态，未加锁，其对象头里存储的是对象本身的哈希码，随着锁级别的不同，对象头里存储不同的内容。偏向锁存储的是当前占用此对象的线程ID；而轻量级则存储指向线程栈中锁记录的指针。以上参考Java的多线程机制系列：(三）synchronized的同步原理。一把锁被一个线程持有，走完锁住得代码快锁会被自动释放，这里也可以在运行一半调用a.wait()方法释放锁，阻塞当前线程。另一个线程执行到某段代码后希望刚才那个线程继续运行，则可以调用a.notify()。当等待在obj上线程收到obj.notify()时，它就能重新获得obj的独占锁，并继续运行。注意了，notify()方法是随机唤起等待在当前对象的某一个线程。

以上可以作为多线程入门的参考，有时间写一下高级并发包的使用。