Java併發編程學習筆記（二）線程安全性 2

內置鎖

    Java提供了一種內置的鎖機制來支持原子性：同步代碼塊（Synchronized Block）。

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 *原文出處：http://liuxp0827.blog.51cto.com/5013343/1414349
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synchronzied (lock){
    //訪問或修改由鎖保護的共享狀態
}

    每一個Java獨享均可以用做一個實現同步的鎖，這些鎖被稱爲內置鎖(Itrinsic Lock)或者監事鎖(Monitor Lock)。線程在進入同步代碼塊以前會自動得到鎖，而且在退出同步代碼塊時自動釋放鎖。Java的內置鎖至關於一種互斥體，這意味着最多隻有一個線程能持有這種鎖。當線程1嘗試獲取一個由線程2持有的鎖時，線程1必須等待或者阻塞，知道線程2釋放這個鎖。因爲這個鎖保護的同步代碼塊會以原子方式執行(一組語句做爲一個不可分割的單元被執行)，多個線程在執行改代碼塊時互不干擾。咱們再來改善下上篇博客 Java併發編程學習筆記（一）線程安全性 1 最後那段Servlet處理因數分解的代碼：

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 *原文出處：http://liuxp0827.blog.51cto.com/5013343/1414349
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 @ThreadSafe             
//並不是好的代碼          
public class SynchronizedFactorizer implements Servlet {
    @GuardedBy("this") private BigInteger lastNumber;
    @GuardedBy("this") private BigInteger[] lastFactors;
    
    public synchronized void service(ServletRequest req,ServletResponse resp) {
        BigInteger i = extractFromRequest(req);
        if(i.equals(lastNumber))
            encodeIntoResponse(resp,lastNumber.get());
        else{
            BigInteger[] factors = factor(i);
            lastNumber = i;
            lastFactors = factors;
            encodeIntoResponse(resp,factors);
        }
    }
 }

    這個Servlet能正確地緩存最新的計算結果，但併發性卻很是糟糕，服務的響應性很是低，沒法使人接受。這是一個性能問題，並非線程安全的問題。

可重入   

線程安全：被多個併發的線程反覆調用時，他會產生正確的結果。可重入：當被多個線程調用的時候，不會引用任何共享數據。

    當某個線程請求一個由其餘線程持有的鎖時，發出請求的線程就會阻塞。不過，內置鎖是可重入的，所以若是某個線程試圖得到一個已經由它本身持有的鎖，那麼這個請求就會成功。可重入的一種實現方法，是爲每一個鎖關聯一個獲取計數值和一個全部者線程。當計數值爲0時，這個鎖就認爲是沒有被任何線程持有。當線程請求一個未被持有的鎖時，JVM將記下鎖的持有者，而且將獲取計數值置爲1.若是同一個線程再次獲取這個鎖，計數值將遞增，而當線程退出同步代碼塊時，計數值會相應地遞減。

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 *原文出處：http://liuxp0827.blog.51cto.com/5013343/1414349
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public class Widget {
    public synchronized void doSomething() {
      ...
    }
}

public class LoggingWidget extends Widget {
    public synchronized void doSomething() {
      System.out.println(toString() + ": calling doSomething");
      super.doSomething();
    }
}

    上面代碼中，子類改寫了父類的synchronized方法，而後調用父類中的方法，此時若是沒有可重入的鎖，那麼這段代碼將死鎖。每一個doSomething方法在執行前都會獲取Widget上的鎖，若是這個內置鎖不是可重入的，那麼在調用super.doSomething時將沒法得到Widget上的鎖。重入則避免了這樣的狀況。可重入函數必定是線程安全的；線程安全的函數多是重入的，也多是不重入的；線程不安全的函數必定是不可重入的。

用鎖來保護狀態

    因爲鎖能使其保護的代碼路徑以串行形式(多個線程依次以獨佔的方式訪問對象，而不是併發的訪問)來訪問，所以能夠經過鎖來構造一些協議已實現對共享狀態的獨佔訪問。

    訪問共享狀態的複合操做，例如上篇博客中提到的命中計數器的遞增操做或者延遲初始化，都必須是原子操做。但僅僅將複合操做封裝到同步代碼塊是不夠的。若是用同步來協調對某個變量的訪問，那麼在訪問這個變量的全部位置上都須要使用同步，並且，使用鎖來協調對某個變量的訪問時，在訪問變量的全部位置上都要使用同一個鎖。對於可能被多個線程同時訪問的可變狀態變量，在訪問它時都須要持有同一個鎖，在這種狀況下，稱狀態變量是由這個鎖保護的。

    上述代碼SynchronizedFactorizer中，lastNumber和lastFactors都是有Servlet的內置鎖保護的，對象的內置鎖與其狀態之間沒有內在的關聯。雖然大多數類都將內置鎖用做一種有效的加鎖機制，但對象的域並不必定要經過內置所來保護。當線程獲取與對象關聯的鎖時，並不能阻止其餘線程訪問對象，只能阻止其餘線程得到同一個鎖。

    一種常見的加鎖約定，將全部的可變狀態都封裝在對象內部，並經過對象的內置鎖對全部訪問可變狀態的代碼路徑進行同步，使得在該對象上不會發生併發訪問。可是，若是在添加新的方法或者代碼路徑忘記了同步，那麼這種加鎖協議會很容易被破壞。

    當某個變量由鎖保護時，每次訪問這個變量時都須要首先得到鎖，這樣就保證了同一時刻只有一個線程能夠訪問這個變量。當類的不變形條件涉及到多個狀態變量的時候，每一個變量都必須由同一個鎖來保護。所以能夠在單個原子操做中訪問這些變量。

    未完待續... Java併發編程學習筆記（三）線程安全性 3