線程的互斥與同步機制

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一、互斥

為何需要引入互斥機制？

當多個線程對同一資料并發讀寫（至少有一個線程執行寫操作）時，這種情形被稱為競争。競争會導緻資料讀或寫的不确定性。而有時這種不确定性是不可容忍的。

如何實作互斥？

在并發程式設計中，通常使用鎖機制來實作互斥

1、由使用者标記必須原子執行的代碼段，即使用synchronized關鍵字

2、給資源一把配有自動機制的鎖

【注意】：

Java将資源限定為引用型對象，并為每一對象自動配備一把鎖：鎖初始時處于打開狀态。synchronized标記的原子代碼段在通路資源前，會自動檢測資源對象持有的鎖是否處于打開狀态。若是，則占用并同時将鎖置為鎖閉态，并在該代碼段執行完畢後。将鎖的狀态值為打開态；若否，則持有該代碼的線程因等待資源占用而進入阻塞态。

• 隻有對象才有鎖，對基本類型的資料，無法實作線程的互斥通路。

• 對于未使用synchronized标記的代碼，鎖機制不起作用。

• 無論正常結束還是異常退出，都将自動釋放鎖。

死鎖和活鎖

死鎖：就是多個線程對臨界資源的循環等待，使得這些線程均都無法獲得執行。

例如：A，B，C三個線程分别占用D1、D2、D3三個臨界資源，A隻有獲得B占用的資源D2,方能繼續運作；而B隻有獲得C占用的資源D3，方能繼續運作；C隻有獲得A占用的資源D1，方能繼續運作。這樣，A,B,C處在對資源的循環等待狀态，均無法前進。

活鎖：也稱饑餓。就是某線程雖有執行的資格，但由于某種原因總是得不到執行。

例如：A,B,C三個線程循環通路臨界資源D，但A，B的優先級相同，但均高于C。由于Java的搶占式政策，C線程可能總得不到執行。

二、同步

同步（Sync）

多個線程的運作滿足特定的節奏

所謂同步，就是發出一個功能調用時，在沒有得到結果之前，該調用就不傳回或繼續執行後續操作。

根據這個定義，Java中所有方法都是同步調用，應為必須要等到結果後才會繼續執行。我們在說同步、異步的時候，一般而言是特指那些需要其他端協作或者需要一定時間完成的任務。

簡單來說，同步就是必須一件一件事做，等前一件做完了才能做下一件事。

異步（Async）

多個線程的運作互相獨立，彼此間無依賴性

異步與同步相對，當一個異步過程調用發出後，調用者在沒有得到結果之前，就可以繼續執行後續操作。當這個調用完成後，一般通過狀态、通知和回調來通知調用者。對于異步調用，調用的傳回并不受調用者控制。

舉個例子簡單說明下兩者的差別：

同步：火車站多個視窗賣火車票，假設A視窗當賣第288張時，在這個短暫的過程中，其他視窗都不能賣這張票，也不能繼續往下賣，必須這張票處理完其他視窗才能繼續賣票。直白點說就是當你看見程式裡出現synchronized這個關鍵字，将任務鎖起來，當某個線程進來時，不能讓其他線程繼續進來，那就代表是同步了。

異步：當我們用手機下載下傳某個視訊時，我們大多數人都不會一直等着這個視訊下載下傳完，而是在下載下傳的過程看看手機裡的其他東西，比如用qq或者是微信聊聊天，這種的就是異步，你執行你的，我執行我的，互不幹擾。比如上面賣火車票，如果多個視窗之間互不影響，我行我素，A視窗賣到第288張了，B視窗不管A視窗，自己也賣第288張票，那顯然會出錯了。

并發

在作業系統中，是指一個時間段中有幾個程式都處于已啟動運作到運作完畢之間，且這幾個程式都是在同一個處理機上運作。其中兩種并發關系分别是同步和互斥。

并行

在單處理器中多道程式設計系統中，程序被交替執行，表現出一種并發的外部特種；在多處理器系統中，程序不僅可以交替執行，而且可以重疊執行。在多處理器上的程式才可實作并行處理。進而可知，并行是針對多處理器而言的。并行是同時發生的多個并發事件，具有并發的含義，但并發不一定并行，也亦是說并發事 件之間不一定要同一時刻發生。

Java的同步機制 = 存取共享資源的互斥機制 + 線程間的通信機制

用于線程通信的方法存在于Object類中，包括wait()、notify()、notifyAll()。wait()會暫停目前線程的執行，并釋放所持有的鎖，進入等待狀态；notify()操作将喚醒一個等待的線程；notifyAll()将喚醒所有等待的程序。

【注意】

wait()、notify()、notifyAll()都是final方法，不允許被重寫；這些方法隻能直接或間接地用于臨界區中，否則，将會産生非法監控鎖狀态異常。