并发编程学习(3) —— 互斥锁解决原子性问题一

￡神魔★判官ぃ 2022-03-06 03:42 224阅读 0赞

## 前言 ##

原子性是什么？在之前的文章提到过，**当一个或多个操作在CPU执行过程中不被中断的特性就称为原子性**。

通常，发生原子性的问题是因为**线程切换**，线程切换依赖于CPU是否中断，那么解决方法很简单，直接禁止CPU发生中断就能阻止线程切换。

这样的方法在单核的时代确实可以解决，因为同一时刻只能有一个线程在执行。但在多核时代的今天，很明显这种方法已经有点不适用了。一个线程在CPU-A中执行，一个在CPU-B中执行，并不能保证同一时刻只有一个线程在执行。举个例子，·long类型是64位，如果在32位的机器上读写会分为两次来读取，每次读32位，我将这两次分为高低位，如果这两个线程同时写高32位，那么结果就可能不是我们想要的。

那么**同一时刻只能有一个线程执行**这个条件就很重要，我们称之为互斥。同一时刻只能有一个线程对共享变量读写，那么就能保证原子性问题。

## 锁的出现 ##

为了能够线程间能够互斥，就出现锁这一个概念，锁的模型如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zODE2ODk0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
**临界区指的是我们需要互斥执行的代码**，当线程A要执行临界区的代码时，首先会尝试加锁，若加锁成功就会执行临界区的代码，执行完后就会释放锁。如果在线程A执行时有其它线程想要执行临界区的代码，发现加锁失败，则会进入等待状态，直到线程A释放锁后才会执行。

在JAVA中，synchronized关键字，就是锁的一种实现方式，以下代码就是它的用法：

public class Test2 { 
    
        // 修饰非静态方法
        synchronized void setTest(){ 
            // 临界区
        }
    
        // 修饰静态方法
        synchronized static void setTest2(){ 
            // 临界区
        }
    
        Object obj = new Object();
        // 修饰代码块
        void ss(){ 
            synchronized (obj){ 
                // 临界区
            }
        }
    }

可以看到，除了修饰代码块，修饰静态和非静态都没有锁定的对象，其实已经锁定了，只不过隐藏起来，这也是隐式规则：

> 1.  当synchronized修饰的是静态方法，则锁定的是当前类的Class对象。
> 2.  当synchronized修饰的是非静态方法，则锁定的是当前实力对象this。

换言之，以上的setTest2和setTest的方法实际上是这样:

// 修饰非静态方法
        synchronized(this) void setTest(){ 
            // 临界区
        }
    
        // 修饰静态方法
        synchronized(Test2.class) static void setTest2(){ 
            // 临界区
        }

下面我们用values+= 1来举例子：

public class ThreadTest { 
        int values = 0;
        
        synchronized int getValues(){ 
            return values;
        }
        
        synchronized void addOne(){ 
            values += 1;
        }
    }

代码中的values变量就是我们需要保护的资源，通过synchronized来保证每次只能由一个线程来对values进行修改。不过，这里面有个疑问，为什么getValues()方法也要加锁?因为addOne的操作对于getValues来说是不可见的，如果addOne这个里面的代码执行时间较长，当执行getValues的时候返回还是0，因此为了避免这种情况发生，最好在读写方法添加synchronized关键字。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zODE2ODk0Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220306/e866db5652e74e02832ff348326afefd.png