线程的互斥与同步机制

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一、互斥

为何需要引入互斥机制？

当多个线程对同一数据并发读写（至少有一个线程执行写操作）时，这种情形被称为竞争。竞争会导致数据读或写的不确定性。而有时这种不确定性是不可容忍的。

如何实现互斥？

在并发程序设计中，通常使用锁机制来实现互斥

1、由用户标记必须原子执行的代码段，即使用synchronized关键字

2、给资源一把配有自动机制的锁

【注意】：

Java将资源限定为引用型对象，并为每一对象自动配备一把锁：锁初始时处于打开状态。synchronized标记的原子代码段在访问资源前，会自动检测资源对象持有的锁是否处于打开状态。若是，则占用并同时将锁置为锁闭态，并在该代码段执行完毕后。将锁的状态值为打开态；若否，则持有该代码的线程因等待资源占用而进入阻塞态。

• 只有对象才有锁，对基本类型的数据，无法实现线程的互斥访问。

• 对于未使用synchronized标记的代码，锁机制不起作用。

• 无论正常结束还是异常退出，都将自动释放锁。

死锁和活锁

死锁：就是多个线程对临界资源的循环等待，使得这些线程均都无法获得执行。

例如：A，B，C三个线程分别占用D1、D2、D3三个临界资源，A只有获得B占用的资源D2,方能继续运行；而B只有获得C占用的资源D3，方能继续运行；C只有获得A占用的资源D1，方能继续运行。这样，A,B,C处在对资源的循环等待状态，均无法前进。

活锁：也称饥饿。就是某线程虽有执行的资格，但由于某种原因总是得不到执行。

例如：A,B,C三个线程循环访问临界资源D，但A，B的优先级相同，但均高于C。由于Java的抢占式策略，C线程可能总得不到执行。

二、同步

同步（Sync）

多个线程的运行满足特定的节奏

所谓同步，就是发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回或继续执行后续操作。

根据这个定义，Java中所有方法都是同步调用，应为必须要等到结果后才会继续执行。我们在说同步、异步的时候，一般而言是特指那些需要其他端协作或者需要一定时间完成的任务。

简单来说，同步就是必须一件一件事做，等前一件做完了才能做下一件事。

异步（Async）

多个线程的运行相互独立，彼此间无依赖性

异步与同步相对，当一个异步过程调用发出后，调用者在没有得到结果之前，就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后，一般通过状态、通知和回调来通知调用者。对于异步调用，调用的返回并不受调用者控制。

举个例子简单说明下两者的区别：

同步：火车站多个窗口卖火车票，假设A窗口当卖第288张时，在这个短暂的过程中，其他窗口都不能卖这张票，也不能继续往下卖，必须这张票处理完其他窗口才能继续卖票。直白点说就是当你看见程序里出现synchronized这个关键字，将任务锁起来，当某个线程进来时，不能让其他线程继续进来，那就代表是同步了。

异步：当我们用手机下载某个视频时，我们大多数人都不会一直等着这个视频下载完，而是在下载的过程看看手机里的其他东西，比如用qq或者是微信聊聊天，这种的就是异步，你执行你的，我执行我的，互不干扰。比如上面卖火车票，如果多个窗口之间互不影响，我行我素，A窗口卖到第288张了，B窗口不管A窗口，自己也卖第288张票，那显然会出错了。

并发

在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥。

并行

在单处理器中多道程序设计系统中，进程被交替执行，表现出一种并发的外部特种；在多处理器系统中，进程不仅可以交替执行，而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知，并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件，具有并发的含义，但并发不一定并行，也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。

Java的同步机制 = 存取共享资源的互斥机制 + 线程间的通信机制

用于线程通信的方法存在于Object类中，包括wait()、notify()、notifyAll()。wait()会暂停当前线程的执行，并释放所持有的锁，进入等待状态；notify()操作将唤醒一个等待的线程；notifyAll()将唤醒所有等待的进程。

【注意】

wait()、notify()、notifyAll()都是final方法，不允许被重写；这些方法只能直接或间接地用于临界区中，否则，将会产生非法监控锁状态异常。