Java多线程之锁

1、线程安全

  当多个线程访问一个对象的时候，如果不用考虑这些线程在运行时环境的调度和交替执行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获得正确的结果，那这个对象就是线程安全的。

  反之，如果多个线程访问一个对象，线程之间的有先后顺序，或者线程之间的交互会影响最终的运行结果，那么这个对象就是非线程安全的，如存放一个数组，不同线程的访问可能导致数组最终的存放状态不一样。

2、线程不安全是怎样产生的

  Java内存模型规定了所有变量都存储在主内存中，每个线程还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了改线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对于变量的所有操作（读取和赋值等）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量，不同线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间值的传递均需要通过主内存来完成，所以会产生传递值不一致的情况。

3、如何实现线程安全

    1）互斥同步，最常见的并发正确性保障手段，同步至多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一个时刻只被一个线程使用。互斥同步的主要问题就是进行线程的阻塞和唤醒所带来的性能问题，因此这个同步也被称为阻塞同步。

  2）非阻塞同步，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了，如果共享数据有争用，产生了冲突，那就再进行其他的补偿措施（最常见的措施就是不断的重试，直到成功为止），这种策略不需要把线程挂起，所以这种同步也被称为非阻塞同步。

  3）无同步方案，简单的理解就是没有共享变量需要不同的线程去争用，目前有两种方案，一个是“可重入代码”，这种代码可以在执行的任何时刻中断它，转而去执行其他的另外一段代码，当控制权返回时，程序继续执行，不会出现任何错误。一个是“线程本地存储”，如果变量要被多线程访问，可以使用volatile关键字来声明它为“易变的“，以此来实现多线程之间的可见性。同时也可以通过ThreadLocal来实现线程本地存储的功能，一个线程的Thread对象中都有一个ThreadLocalMap对象，来实现KV数据的存储。

4、Java中的锁

   1）内置锁

   Java提供了一种内置的锁机制来支持原子性：synchronized关键字 。

   JVM中每个对象和类实际上都与一把锁与之相关联，对于对象来说，监视的是这个对象变量，对于类来说，监视的是类变量。当虚拟机装载类时，会创建一个Class类的实例，锁住的实际上是这个类对应的Class类的实例。对象锁是可重入的，也就是说一个对象或者类上的锁是可以累加的。一段synchronized的代码被一个线程执行之前，他要先拿到执行这段代码的权限，在java里边就是拿到某个同步对象的锁（一个对象只有一把锁）； 如果这个时候同步对象的锁被其他线程拿走了，他（这个线程）就只能等了（线程阻塞在锁池等待队列中）。 取到锁后，他就开始执行同步代码(被synchronized修饰的代码）；线程执行完同步代码后马上就把锁还给同步对象，其他在锁池中等待的某个线程就可以拿到锁执行同步代码了。这样就保证了同步代码在统一时刻只有一个线程在执行。

   2）显示锁

 在JDK5之前，可使用的同步机制只有synchronized 关键字和volative变量，JDK5提供的锁工具类都在java.util.concurrent.locks包下，有Condition、Lock、ReadWriteLock等接口：Lock的实现包括DummyConcurrentLock, NonReentrantLock, ReadLock, WriteLock, ReentrantLock；ReadWriteLock的实现类有ReentrantReadWriteLock。

ReentrantLock有几个高级特性：等待可中断，当持有锁的线程长期不释放的时候，正在等待的线程可以选择放弃等待，改为处理其他事情；可以实现公平锁，公平锁指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的顺序依次获得锁，synchronized是非公平锁，ReentrantLock默认也是非公平的，只不过可以通过构造函数来制定实现公平锁；

  3）几个相关的概念

 可重入锁 ：可重入锁的概念是自己可以再次获取自己的内部锁；

  读写锁：读写锁拆成读锁和写锁来理解。读锁可以共享，多个线程可以同时拥有读锁，但是写锁却只能只有一个线程拥有，而且获取写锁的时候其他线程都已经释放了读锁，而且该线程获取写锁之后，其他线程不能再获取读锁。

  公平与非公平锁：公平表示线程获取锁的顺序是按照线程加锁的顺序来分配的，即先来先得的FIFO顺序。而非公平就是一种获取锁的抢占机制，和公平相对就是先来不一定先得，这个方式可能造成某些线程饥饿