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Java如何保证原子性常用的保证Java操作原子性的工具是锁和同步方法（或者同步代码块）。使用锁，可以保证同一时间只有一个线程能拿到锁，也就保证了同一时间只有一个线程能执行申请锁和释放锁之间的代码。
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与锁类似的是同步方法或者同步代码块。使用非静态同步方法时，锁住的是当前实例；使用静态同步方法时，锁住的是该类的Class对象；使用静态代码块时，锁住的是synchronized关键字后面括号内的对象。
并发编程三要素（线程的安全性问题体现在）：
原子性：原子，即一个不可再被分割的颗粒。原子性指的是一个或多个操作要么 全部执行成功要么全部执行失败。
可见性：一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立刻看到。 （synchronized,volatile）
有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（处理器可能会对指令进行 重排序）
出现线程安全问题的原因：
线程切换带来的原子性问题
缓存导致的可见性问题
编译优化带来的有序性问题
解决办法：
JDK Atomic开头的原子类、synchronized、LOCK，可以解决原子性问题
synchronized、volatile、LOCK，可以解决可见性问题
Happens-Before 规则可以解决有序性问题
Java的List如何实现线程安全？
Collections.synchronizedList(names);效率最高，线程安全
Java的List是我们平时很常用的集合，线程安全对于高并发的场景也十分的重要，那么List如何才能实现线程安全呢 ？
加锁
首先大家会想到用Vector，这里我们就不讨论了，首先讨论的是加锁，例如下面的代码
public class Synchronized{
private ListString names = new LinkedList();
public synchronized void addName(String name ){
names.add("abc");
}
public String getName(Integer index){
Lock lock =new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
return names.get(index);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
finally {
lock.unlock();
}
return null;
}
}
synchronized一加，或者使用lock 可以实现线程安全，但是这样的List要是很多个，代码量会大大增加。
java自带类
在java中我找到自带有两种方法
CopyOnWriteArrayList
CopyOnWrite 写入时复制，它使一个List同步的替代品，通常情况下提供了更好的并发性，并且避免了再迭代时候对容器的加锁和复制。通常更适合用于迭代，在多插入的情况下由于多次的复制性能会一定的下降。
下面是add方法的源代码
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock; // 加锁 只允许获得锁的线程访问
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 创建个长度加1的数组并复制过去
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e; // 赋值
setArray(newElements); // 设置内部的数组
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
Collections.synchronizedList
Collections中有许多这个系列的方法例如
主要是利用了装饰者模式对传入的集合进行调用 Collotions中有内部类SynchronizedList
static class SynchronizedListE
extends SynchronizedCollectionE
implements ListE {
private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;
final ListE list;
SynchronizedList(ListE list) {
super(list);
this.list = list;
}
public E get(int index) {
synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public E set(int index, E element) {
synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
}
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}
static class SynchronizedCollectionE implements CollectionE, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;
final CollectionE c; // Backing Collection
final Object mutex; // Object on which to synchronize
这里上面的mutex就是锁的对象 在构建时候可以指定锁的对象 主要使用synchronize关键字实现线程安全
/**
* @serial include
*/
static class SynchronizedListE
extends SynchronizedCollectionE
implements ListE {
private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;
final ListE list;
SynchronizedList(ListE list) {
super(list);
this.list = list;
}
SynchronizedList(ListE list, Object mutex) {
super(list, mutex);
this.list = list;
}
这里只是列举SynchronizedList ，其他类类似，可以看下源码了解下。
测试
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ListString names = new LinkedList();
names.add("sub");
names.add("jobs");
// 同步方法1 内部使用lock
long a = System.currentTimeMillis();
ListString strings = new CopyOnWriteArrayList(names);
for (int i = 0; i 100000; i++) {
strings.add("param1");
}
long b = System.currentTimeMillis();
// 同步方法2 装饰器模式使用 synchronized
ListString synchronizedList = Collections.synchronizedList(names);
for (int i = 0; i 100000; i++) {
synchronizedList.add("param2");
}
long c = System.currentTimeMillis();
System.out.println("CopyOnWriteArrayList time == "+(b-a));
System.out.println("Collections.synchronizedList time == "+(c-b));
}
}
两者内部使用的方法都不一样，CopyOnWriteArrayList内部是使用lock进行加锁解锁完成单线程访问，synchronizedList使用的是synchronize
进行了100000次添加后时间对比如下：
可以看出来还是使用了synchronize的集合工具类在添加方面更加快一些，其他方法这里篇幅关系就不测试了，大家有兴趣去试一下。
在学习java编程开发语言的过程中，我们掌握了线程与线程池等相关技术知识。
今天，北大青鸟辽宁计算机学院就关于线程安全问题给大家做一个简单的说明和介绍，一起来了解一下吧。
线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。
不会出现数据不一致或者数据污染。
线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。
什么时候考虑到线程安全：一个对象是否需要线程安全，取决于该对象是否被多线程访问。
这指的是程序中访问对象的方式，而不是对象要实现的功能。
要使得对象是线程安全的，要采用同步机制来协同对对象可变状态的访问。
Java常用的同步机制是Synchronized，还包括volatile类型的变量，显示锁以及原子变量。
在多个线程中，当它们同时访问同个类时，每次执行的结果和单线程结果一致，且变量值跟预期一致，这个类则是线程安全的。
锁的特性锁机制的两种特性：互斥性：即同一时间只允许一个线程持有某个对象的锁，通过这种特性来实现多线程中的协调机制，这样在同一时间只有一个线程对需同步的代码块(复合操作)进行访问。
互斥性我们也往往称为操作的原子性。
可见性：必须确保在锁被释放之前，对共享变量所做的修改，对于随后获得该锁的另一个线程是可见的，否则另一个线程可能是在本地缓存的某个副本上继续操作从而引起不一致。
挂起、休眠、阻塞和非阻塞挂起：当线程被挂起时，其会失去CPU的使用时间，直到被其他线程(用户线程或调试线程)唤醒。
休眠：同样是会失去CPU的使用时间，但是在过了指定的休眠时间之后，它会自动激活，无需唤醒(整个唤醒表面看是自动的，但实际上也得有守护线程去唤醒，只是不需编程者手动干预)。
阻塞：在线程执行时，所需要的资源不能得到，则线程被挂起，直到满足可操作的条件。
非阻塞：在线程执行时，所需要的资源不能得到，则线程不是被挂起等待，而是继续执行其余事情，等待条件满足了后，收到了通知(同样是守护线程去做)再执行。
SwingAPI的设计目标是强大 灵活和易用 非凡地 我们希望能让程序员们方便地建立新的Swing组件 不论是从头开始还是通过扩展我们所提供的一些组件 出于这个目的 我们不要求Swing组件支持多线程访问 相反 我们向组件发送请求并在单一线程中执行请求 本文讨论线程和Swing组件 目的不仅是为了帮助你以线程安全的方式使用SwingAPI 而且解释了我们为什么会选择现在这样的线程方案 本文包括以下内容
单线程规则 Swing线程在同一时刻仅能被一个线程所访问 一般来说 这个线程是事件派发线程 规则的例外 有些操作保证是线程安全的 事件分发 假如你需要从事件处理或绘制代码以外的地方访问UI 那么你可以使用SwingUtilities类的invokeLater要求在事件派发线程中执行某些代码 这个方法会立即返回 不会等待代码执行完毕 invokeAndWait行为与invokeLater类似 除了这个方法会等待代码执行完毕 一般地 你可以用invokeLater来代替这个方法 下面是一些使用这几个API的例子 请同时参阅《TheJavaTutorial》中的 BINGOexample 尤其是以下几个类 CardWindow ControlPane Player和OverallStatusPane
使用invokeLater方法你可以从任何线程调用invokeLater方法以请求事件派发线程运行特定代码 你必须把要运行的代码放到一个Runnable对象的run方法中 并将此Runnable对象设为invokeLater的参数 invokeLater方法会立即返回 不等待事件派发线程执行指定代码 这是一个使用invokeLater方法的例子
RunnabledoWorkRunnable=newRunnable };
SwingUtilities invokeLater;使用invokeAndWait方法invokeAndWait方法和invokeLater方法很相似 除了invokeAndWait方法会等事件派发线程执行了指定代码才返回 在可能的情况下 你应该尽量用invokeLater来代替invokeAndWait 假如你真的要使用invokeAndWait 请确保调用invokeAndWait的线程不会在调用期间持有任何其他线程可能需要的锁
这是一个使用invokeAndWait的例子
voidshowHelloThereDialogthrowsException }; SwingUtilities invokeAndWait; }
类似地 假设一个线程需要对GUI的状态进行存取 比如文本域的内容 它的代码可能类似这样
voidprintTextField throwsException }; SwingUtilities invokeAndWait; System out println;}
假如你能避免使用线程 最好这样做 线程可能难于使用 并使得程序的debug更困难 一般来说 对于严格意义下的GUI工作 线程是不必要的 比如对组件属性的更新 不管怎么说 有时候线程是必要的 下列情况是使用线程的一些典型情况 执行一项费时的任务而不必将事件派发线程锁定 例子包括执行大量计算的情况 会导致大量类被装载的情况 和为网络或磁盘I/O而阻塞的情况 重复地执行一项操作 通常在两次操作间间隔一个预定的时间周期 要等待来自客户的消息 你可以使用两个类来帮助你实现线程 SwingWorker 创建一个后台线程来执行费时的操作 Timer 创建一个线程来执行或多次执行某些代码 在两次执行间间隔用户定义的延迟 使用SwingWorker类SwingWorker类在SwingWorker java中实现 这个类并不包含在Java的任何发行版中 所以你必须单独下载它 SwingWorker类做了所有实现一个后台线程所需的肮脏工作 虽然许多程序都不需要后台线程 后台线程在执行费时的操作时仍然是很有用的 它能提高程序的性能观感
SwingWorkersanexampleofusingSwingWorker 要使用SwingWorker类 你首先要实现它的一个子类 在子类中 你必须实现construct方法还包含你的长时间操作 当你实例化SwingWorker的子类时 SwingWorker创建一个线程但并不启动它 你要调用你的SwingWorker对象的start方法来启动线程 然后start方法会调用你的construct方法 当你需要construct方法返回的对象时 可以调用SwingWorker类的get方法 这是一个使用SwingWorker类的例子
//在main方法中 finalSwingWorkerworker=newSwingWorker }; worker start; //在动作事件处理方法中 JOptionPane showMessageDialog)
当程序的main方法调用start方法 SwingWorker启动一个新的线程来实例化ExpensiveDialogComponent main方法还构造了由一个窗口和一个按钮组成的GUI 当用户点击按钮 程序将阻塞 假如必要 阻塞到ExpensiveDialogComponent创建完成 然后程序显示一个包含ExpensiveDialogComponent的模式对话框 你可以在MyApplication java找到整个程序 使用Timer类Timer类通过一个ActionListener来执行或多次执行一项操作 你创建定时器的时候可以指定操作执行的频率 并且你可以指定定时器的动作事件的监听者 启动定时器后 动作监听者的actionPerformed方法会被调用来执行操作 定时器动作监听者定义的actionPerformed方法将在事件派发线程中调用 这意味着你不必在其中使用invokeLater方法 这是一个使用Timer类来实现动画循环的例子
publicclassAnimatorApplicationTimer extendsJFrameimplementsActionListener publicvoidstartAnimationelse } publicvoidstopAnimation publicvoidactionPerformed }
在一个线程中执行所有的用户界面代码有这样一些优点 组件开发者不必对线程编程有深入的理解 像ViewPoint和Trestle这类工具包中的所有组件都必须完全支持多线程访问 使得扩展非常困难 尤其对不精通线程编程的开发者来说 最近的一些工具包如SubArctic和IFC 都采用和Swing类似的设计 事件以可预知的次序派发 invokeLater排队的runnable对象从鼠标和键盘事件 定时器事件 绘制请求的同一个队列派发 在一些组件完全支持多线程访问的工具包中 组件的改变被变化无常的线程调度程序穿插到事件处理过程中 这使得全面测试变得困难甚至不可能 更低的代价 尝试小心锁住临界区的工具包要花费实足的时间和空间在锁的治理上 每当工具包中调用某个可能在客户代码中实现的方法时 工具包都要保存它的状态并释放所有锁 以便客户代码能在必要时获得锁 当控制权交回到工具包 工具包又必须重新抓住它的锁并恢复状态 所有应用程序都不得不负担这一代价 即使大多数应用程序并不需要对GUI的并发访问 这是的SubArcticJavaToolkit的对在工具包中支持多线程访问的问题的描述 我们的基本信条是 当设计和建造多线程应用程序 尤其是那些包括GUI组件的应用程序时 必须保证极端小心 线程的使用可能会很有欺骗性 在许多情况下 它们表现得能够极好的简化编成 使得设计 专注于单一任务的简单自治实体 成为可能 在一些情况下它们的确简化了设计和编码 然而 在几乎所有的情况下 它们都使得调试 测试和维护的困难大大增加甚至成为不可能 无论大多数程序员所受的练习 他们的经验和实践 还是我们用来帮助自己的工具 都不是能够用来对付非决定论的 例如 全面测试在bug依靠于时间时是几乎不可能的 尤其对于Java来说 一个程序要运行在许多不同类型的机器的操作系统平台上 并且每个程序都必须在抢先和非抢先式调度下都能正常工作 由于这些固有的困难 我们力劝你三思是否绝对有使用线程的必要 尽管如此 有些情况下使用线程是必要的 所以subArctic提供了一个线程安全的访问机制
lishixinzhi/Article/program/Java/gj/201311/27616