同步和锁定

Java中每个对象都有一个内置锁。

1、synchronize

当程序运行到synchronized同步方法或代码块时才该对象锁才起作用。

一个对象只有一个锁。所以，如果一个线程获得该锁，就没有其他线程可以获得锁，直到第一个线程释放（或返回）锁。这也意味着任何其他线程都不能进入该对象上的synchronized方法或代码块，直到该锁被释放。

释放锁是指持锁线程退出了synchronized同步方法或代码块。

关于锁和同步的几个要点

只能同步方法，而不能同步变量和类；
每个对象只有一个锁；当提到同步时，应该清楚在哪个对象上同步。
synchronized 锁的是对象，在应用数据共享时，要保证被锁的对象不要发生变化。
如果两个线程要执行一个类中的synchronized方法，并且两个线程使用相同的实例来调用方法，那么一次只能有一个线程能够执行方法，另一个需要等待，直到锁被释放。也就是说：如果一个线程在对象上获得一个锁，就没有任何其他线程可以进入（该对象的）类中的任何一个同步方法。
如果线程拥有同步和非同步方法，则非同步方法可以被多个线程自由访问而不受锁的限制。
线程睡眠时，它所持的任何锁都不会释放。
线程可以获得多个锁。比如，在一个对象的同步方法里面调用另外一个对象的同步方法，则获取了两个对象的同步锁。

在使用同步代码块时候，应该指定在哪个对象上同步，也就是说要获取哪个对象的锁。synchronized (this) 和用synchronized修饰方法有相同的效果，例如：

public int add(int m) {  synchronized (this) {  n = m + n;  }return n;
}

等同于

public synchronized int add(int m) {  n = m + n;return n;
}

静态方法同步

同步静态方法，需要一个类对象的锁，即Class对象

public static int add(int m) {  synchronized (Test.class) {  n = m + n;  }return n;
}

等同于

public static synchronized int add(int m) {  n = m + n;return n;
}

什么情况下，线程无法获得锁？

当线程A试图调用同步方法或同步代码块，要清楚这个同步是在哪个对象上的锁，如果此时锁被线程B占用，那么线程A在该对象上被阻塞，等待，直到锁被释放，线程A再次变为可运行或运行状态。

对于非静态的同步方法，当然是，调用同一个对象的同步方法会被阻塞，调用不同对象的同步方法不会被阻塞
对于静态的同步方法，都是在Class对象上加锁，调用它的同步方法当然会彼此阻塞

下面的例子可以帮助理解。两个不同的线程thread1和thread2，想同时操作Worker里面的index

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Worker worker = new Worker(5); // 下面两个线程用的是同一个对象workerThread thread1 = new Thread(worker);Thread thread2 = new Thread(worker);thread1.start();thread2.start();
}private static class Worker implements Runnable {private Integer index;public Worker(Integer index) {this.index = index;}@Overridepublic void run() {// 这里的this，表示当前对象，不同的实例，this指代的对象是不同的synchronized (this) {index++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-------" + index);try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-------" + index + ", END");}}
}

synchronized (this)，即对Worker对象加锁，打印结果如下：

Thread-0-------6
Thread-0-------6, END
Thread-1-------7
Thread-1-------7, END

上面new Thread用的是同一个worker对象，那么针对两个线程，一个获得对象锁后，另一个必然阻塞。

2、volatile关键字

保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性。
即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
不保证原子性
即不能保证数据在多个线程下同时写时的线程安全

volatile最适用的场景：一个线程写，多个线程读
一个线程在修改某个变量的值，其他线程来读取该变量的值都是实时可见的。

3、ThreadLocal

1. 介绍

规避线程不安全的方法，除了加锁之外，还可以使用ThreadLocal 。
如果创建一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个副本，在实际多线程操作的时候，操作的是自己本地内存中的变量，从而规避了线程安全问题。可理解为：线程局部变量。

2. ThreadLocal使用

  public class UseThreadLocal {// int型ThreadLocal变量private static ThreadLocal<Integer> intLocal = new ThreadLocal<Integer>(){@Overrideprotected Integer initialValue() {return 100;}};// String型ThreadLocal变量private static ThreadLocal<String> stringThreadLocal;// 开启线程public void StartThread(){Thread thread1 = new Thread(new TestRunnable(1));thread1.start();Thread thread2 = new Thread(new TestRunnable(2));thread2.start();}public static class TestRunnable implements Runnable{public int id;public TestRunnable(int id){this.id = id;}public void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+", intLocal.get:" + intLocal.get());Integer i = intLocal.get();i = i + id;intLocal.set(i);System.out.println(Thread.currentThread().getName() +", after set:"+ intLocal.get());// ThreadLocal变量不再使用时，须removeintLocal.remove();}}public static void main(String[] args){UseThreadLocal test = new UseThreadLocal();test.StartThread();}}

输出结果：

Thread-0, intLocal.get:100
Thread-1, intLocal.get:100
Thread-0, after set:101
Thread-1, after set:102

3. ThreadLocal的实现原理

（1） Thread类

主要看它的成员变量 threadLocals

类型：ThreadLocal.ThreadLocalMap（类似于HashMap），key是ThreadLocal，value是set的值
初始化：此变量初始为null，只有调用ThreadLocal.set或get方法时，才会创建它
赋值：ThreadLocal.set()、get()、remove()
作用：存放该线程的ThreadLocal类型的本地变量
注意：不使用本地变量时，需要调用remove方法将此线程在threadLocals中的本地变量删除

（2）ThreadLocal类
这里看下set()、get()、remove()方法源码

set()

 public void set(T value) {// (1) 获取当前线程（调用者线程）Thread t = Thread.currentThread();// (2) 获取Thread的成员变量threadLocalsThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {//  (3) 直接添加本地变量，key为当前定义的ThreadLocal变量的this引用，值为valuemap.set(this, value);} else {// (4) 当map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的mapcreateMap(t, value);}}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {// 获取Thread的成员变量threadLocalsreturn t.threadLocals; }void createMap(Thread t, T firstValue) {// 创建threadLocalst.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}

get()

 public T get() {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);T result = (T)e.value;return result;}return setInitialValue();}private T setInitialValue() {T value = initialValue(); // new ThreadLocal时会重写initialValue()进行赋值Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;}

remove()

 public void remove() {ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());if (m != null)m.remove(this);}

ThreadLocalMap
ThreadLocalMap有一个内部类Entry，有一个Entry[]类型的变量，这个数组可以保存多个Entry对象。
值得注意的是，Entry持有ThreadLocal对象的弱引用。

弱引用：只要GC时，弱引用就会被回收。

因此，当GC时，Entry指向的ThreadLocal对象会被回收，那么Entry的key不在了，其value永远不会被访问，内存将暴增。因此，对于不再使用的线程本地变量，应及时remove。

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