并发

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进程出现之前，每次都是一个程序在计算机里面运行，也就说内存中始终只有一个程序的运行数据。而如果想要任务A执行I/O操作的时候，让任务B去执行，必然内存中要装入多个程序，那么如何处理呢？多个程序使用的数据如何进行辨别呢？并且当一个程序运行暂停后，后面如何恢复到它之前执行的状态呢？

这个时候人们就发明了进程，用进程来对应一个程序，每个进程对应一定的内存地址空间，并且只能使用它自己的内存空间，各个进程间互不干扰。并且进程保存了程序每个时刻的运行状态，这样就为进程切换提供了可能。当进程暂时时，它会保存当前进程的状态（比如进程标识、进程的使用的资源等），在下一次重新切换回来时，便根据之前保存的状态进行恢复，然后继续执行。

这就是 并发：能够让操作系统从宏观上看起来同一个时间段有多个任务在执行。换句话说，进程让操作系统的并发成为了可能。

进程让操作系统的并发性成为可能，而线程让进程的内部并发成为可能。

并发带来的问题

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由于多个线程是共同占有所属进程的资源和地址空间的，那么就会存在一个问题：

如果多个线程要同时访问某个资源，怎么处理？比如说两个线程同时往一个数据库表中插入不重复的数据，就可能会导致数据库中插入了相同的数据。

其实多线程根本的问题只有一个：线程间变量的共享 这里的变量，指的就是类变量和实例变量，后续的一切，都是为了解决类变量和实例变量共享的安全问题：

java里的变量可以分3类：

类变量（类里面static修饰的变量）
实例变量（类里面的普通变量）
局部变量（方法里声明的变量）

下图是jvm的内存区域划分图：

根据各个区域的定义，我们可以知道：

类变量保存在“方法区”
实例变量保存在“堆”
局部变量保存在 “虚拟机栈”

“方法区”和“堆”都属于线程共享数据区，“虚拟机栈”属于线程私有数据区。

因此，局部变量是不能多个线程共享的，而类变量和实例变量是可以多个线程共享的。事实上，在java中，多线程间进行通信的唯一途径就是通过类变量和实例变量。

也就是说，如果一段多线程程序中如果没有类变量和实例变量，那么这段多线程程序就一定是线程安全的。以Web开发的Servlet为例，一般我们开发的时候，自己的类继承HttpServlet之后，重写doPost()、doGet()处理请求，不管我们在这两个方法里写什么代码，只要没有操作类变量或实例变量，最后写出来的代码就是线程安全的。

为了解决并发带来的变量共享的问题，在Java中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized和Lock。

synchronized（同步）

在多个线程并发访问共享数据的时候，保证共享数据在同一个时刻只被一个线程使用。

在共享数据里保存一个锁，当没有线程访问时，锁是空的，当有第一个线程访问时，在锁里保存这个线程的标识并允许这个线程访问共享数据。在当前线程释放共享数据之前，如果再有其他线程想要访问共享数据，要等待锁释放。

先了解两个大体的概念：

MarkWord：java中的每个对象在存储的时候，都有统一的数据结构。每个对象都包含一个对象头，称为MarkWord,里面会保存关于这个对象的加锁信息。
Lock Record : 即锁记录，每个线程在执行的时候，会有自己的虚拟机栈，单个方法的调用相当于虚拟机栈里的一个栈帧，而Lock Record 就位于栈帧上，是用来保存关于这个线程的加锁信息。

jvm中的三种锁都是以上述思想为基础的，只是实现的“重量级”不同，jvm中有以下三种锁(由上到下越来越“重量级”)：

偏向锁
轻量级锁
重量级锁

其中重量级锁是最初的锁机制，偏向锁和轻量级锁是在jdk1.6加入的，可以选择打开或关闭。如果把偏向锁和轻量级锁都打开，那么在java代码中使用synchronized关键字的时候，jvm底层会尝试先使用偏向锁，如果偏向锁不可用，则转换为轻量级锁，如果轻量级锁不可用，则转换为重量级锁。

三种锁虽然实现细节不同，但是都是使用MarkWord保存锁的：

偏向锁是在MarkWord里保存线程id；
轻量级锁是在MarkWord里保存指向拥有锁的线程栈中锁记录的指针；
重量级锁是在MarkWord里保存指向互斥量的指针；

偏向锁最快但是只能用于从始至终只有一个线程获得锁，

轻量级锁较快但是只能用于线程串行获得锁，

重量级锁最慢但是可以用于线程并发获得锁，

先用最快的偏向锁，每次假设不成立就升级一个重量。

synchronized方法的代码：

public class Test {
 
    public static void main(String[] args)  {
        final InsertData insertData = new InsertData();
         
        new Thread() {
            public void run() {
                insertData.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
         
         
        new Thread() {
            public void run() {
                insertData.insert(Thread.currentThread());
            };
        }.start();
    }  
}

class InsertData {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
     
    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);
        }
    }
}

运行结果：

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-1在插入数据1
Thread-0在插入数据2
Thread-1在插入数据2
Thread-0在插入数据3
Thread-1在插入数据3
Thread-0在插入数据4
Thread-1在插入数据4

加入synchronized 关键字后：

class InsertData {
    private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
    // 加了synchronized 的方法
    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);
        }
    }
}

运行结果：

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-0在插入数据3
Thread-0在插入数据4
Thread-1在插入数据0
Thread-1在插入数据1
Thread-1在插入数据2
Thread-1在插入数据3
Thread-1在插入数据4

synchronized代码块的代码

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。

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);
            }
        }
    }
}

注意：

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。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，该对象的锁里也保存了第一个线程的标识，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。
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。因为访问非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。
无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，它取得的锁都是对象，而不是把一段代码或函数当作锁
当多个线程等待一个对象锁时，没有获取到锁的线程将发生阻塞。
当线程 请求由自己持有的对象锁 时，如果该锁是重入锁,请求就会成功，否则阻塞：在一个Synchronized修饰的方法或代码块的内部调用本类的其他Synchronized修饰的方法或代码块时，是永远可以得到锁的
实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制
死锁是线程间相互等待锁锁造成的，在实际中发生的概率非常的小。真让你写个死锁程序，不一定好使。但是，一旦程序发生死锁，程序将死掉。
synchronized关键字是不能继承的 。也就是说，基类的方法 synchronized f(){ } 在继承类中并不自动是synchronized f( ){ }，而是变成了f( ){ }。继承类需要你显式的指定它的某个方法为synchronized方法；
另外，每个类也会有一个锁，它可以用来控制对static数据成员的并发访问。但是，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，此时不会发生互斥现象，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。

java多线程之并发synchronized

并发

并发带来的问题

synchronized（同步）

synchronized方法的代码：

synchronized代码块的代码