Java多线程并发锁和原子操作，你真的了解吗？

来源：互联网发布：手机淘宝安全中心官网编辑：程序博客网时间：2024/05/20 09:07

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前言        
volatile
synchronized
javautilconcurrentlocksReentrantLock
 实际场景

前言

对于Java多线程，接触最多的莫过于使用synchronized，这个简单易懂，但是这synchronized并非性能最优的。今天我就简单介绍一下几种锁。可能我下面讲的时候其实很多东西不会特别深刻，最好的方式是自己做实验，把各种场景在代码中实验一下，这样发发现很多细节。

volatile

作为Java中的轻量级锁，当多线程中一个线程操作后可以保证其他线程可见，也就是书上所说的“可见性”，另外一个就是“重排序”。所谓重排序指的是JVM对指令的优化。很多人可能在实际实验中发现好像不是如此，最后的例子我也会说明这一点。

synchronized

这个作为Java中“重量级”的线程安全机制被大家所熟知，这个就不在这里做解释了。

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock

java.util.concurrent.中是JDK1.5中出的对于一些并发操作的类库，其中包括很多同学很喜欢的原子类，比如说AtomicInteger。它里面原理就是一个CAS，这里就不做过多的阐述，有兴趣的可以看看源码。

好，说一下ReentrantLock，这个锁主要是能显示的添加锁和释放锁，好处是更加灵活，能够更加准确的控制锁，也能确保系统的稳定，比如说“重连”。后面代码会有使用到。

实际场景

上面介绍完了几种锁，下面用具体的代码来看看几种锁的实际用法，以及各种表现形式。代码有点长，这里最好自己实验一下，然后看看结果，并思考这个结果。

[java] view plain copy
<span style="font-size:14px">package com.bynow.m07.thread;  
  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
  
/** 
 *  
 * @author 百恼| 2012-07-26 
 * 
 */  
public class TestMultiThread  implements Runnable{  
  
    private static int i;  
      
    private static volatile Integer vi = 0;  
      
    private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger();  
      
    private static Integer si = 0;  
      
    private static int ri;  
      
    private static AtomicInteger flag = new AtomicInteger();  
      
    private Lock lock = new ReentrantLock();  
      
    @Override  
    public void run() {  
        for(int k=0;k<200000;k++){  
            i++;  
            vi++;  
            ai.incrementAndGet();  
            synchronized(si){  
                si++;  
            }  
            lock.lock();  
            try{  
                ri++;  
            }finally{  
                lock.unlock();  
            }  
              
        }  
        flag.incrementAndGet();  
    }  
      
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{  
        TestMultiThread t1 = new TestMultiThread();  
        TestMultiThread t2 = new TestMultiThread();  
        ExecutorService exec1 = Executors.newCachedThreadPool();  
        ExecutorService exec2 = Executors.newCachedThreadPool();  
        exec1.execute(t1);  
        exec2.execute(t2);  
        while(true){  
            if(flag.intValue()==2){  
                System.out.println("i>>>>>"+i);  
                System.out.println("vi>>>>>"+vi);  
                System.out.println("ai>>>>>"+ai);  
                System.out.println("si>>>>>"+si);      
                System.out.println("ri>>>>>"+ri);      
                break;  
            }  
            Thread.sleep(50);  
        }  
  
          
    }  
      
}  
</span>  

输出结果：

[java] view plain copy
<span style="font-size:14px">i>>>>>381890  
vi>>>>>353610  
ai>>>>>400000  
si>>>>>392718  
ri>>>>>392658</span>  

从上面的输出结果来看真是让人大感意外：只有原子操作AtomicInteger的结果保证了多线程的安全性，而其他不管是用轻量级的volatile还是重量级的synchronized都没有达到我们想要的效果。这也让我产生了大在的怀疑。难道问题真的这么蹊跷？

从这里不难看出除了AtomicInteger用的是其自己的方法而其他都是用到了Java的语法糖++操作。而这让我想起了++操作并非原子操作，而可能在其中间操作导致了其他线程对其他进行了修改，虽然同样的问题我在《Think in Java》中也找到可以佐证的例子。这里有一个问题就是synchronized：因为我对si已经加了synchronized操作，但是输出的结果令人意外，难道还会有问题？这让我想把这段代码编译成字节码的冲动。好吧，下面看字节码（这里我单独把synchronized这一段操作抽出来，作为分析，其他几个就算了，不然编译后的字节码有点多）

为了方便看，先贴出源代码

[java] view plain copy
<span style="font-size:14px">public class TestSynchronizedThread  implements Runnable{  
  
    private static Integer si = 0;  
      
    @Override  
    public void run() {  
        for(int k=0;k<200000;k++){  
            synchronized(si){  
                si++;  
            }  
        }  
    }  
}</span>  

下面是字节码，为了节省篇幅，一些不重要的部分我将不贴出

[plain] view plain copy
<span style="font-size:14px">   0:   iconst_0  
   1:   istore_1  
   2:   iload_1  
   3:   ldc     #2; //int 200000  
   5:   if_icmpge       55  
   8:   getstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;  
   11:  dup  
   12:  astore_2  
   13:  monitorenter  
   14:  getstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;  
   17:  astore_3  
   18:  getstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;  
   21:  invokevirtual   #4; //Method java/lang/Integer.intValue:()I  
   24:  iconst_1  
   25:  iadd  
   26:  invokestatic    #5; //Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;  
   29:  dup  
   30:  putstatic       #3; //Field si:Ljava/lang/Integer;  
   33:  astore  4  
   35:  aload_3  
   36:  pop  
   37:  aload_2  
   38:  monitorexit  
   39:  goto    49  
   42:  astore  5  
   44:  aload_2  
   45:  monitorexit  
   46:  aload   5  
   48:  athrow  
   49:  iinc    1, 1  
   52:  goto    2  
   55:  return</span>  

从这里一看从monitorenter进入安全区到monitorexit出安全区没有发现si是处于中间状态的，那又是在哪出的问题呢？这里简单说一下，归根结底仍然是（++）操作非原子操作，可是很多人疑惑了，这里不是加锁了吗？废话不多说，在我的深入探析Java线程锁机制有一个比较详细的分析。

0 0