Java同步和线程交互的理解

矫情吗；* 2022-09-30 07:06 162阅读 0赞

Java的线程设计比较简单，可是从操作系统层面的API来理解是，会存在问题。Java提供的线程设计和Unix/Linux系统的API设计思路稍有不同，在理解上也会存在问题。笔者使用Java多年，经常使用Java的多线程，确发现在编写一个测试用例时发现自己并没有深入理解Java的线程机制。本文通过简明扼要的方式简要说明并尝试用图的方式理解Java的多线程机制。  
请看图：  
![Java对象中多线程相关变量示意图][Java]  
简单看图中文章，应该可以理解Java的同步和线程交互的关键了。  
Java的多线程是建立在synchronized关键字和Object对象的wait/notify/notifyAll方法上的。一般情况下，Java的多线程使用synchronized关键字保护竞争性变量或方法，从而实现简单高效的多线程编程模型。考虑使用wait方法时，一般涉及复杂的等待通知机制，比如，生产/消费模型就需要用到该机制。  
我们看看上图，安装Java的规范，Java的Object对象上具有一个Monitor（监控器）的变量，这个变量是一个计数器变量（我的理解，规范中没有明确定义是否为一个变量），通过synchronized关键字可以修改该变量。对对象调用synchronized，会给对象的监控器变量加一，如果值为1，当前线程获得对象的唯一使用权，这样就相当于操作系统的互斥(Mutex)原语。如果由多个线程在同一个对象上使用synchronized，那么后面的线程会继续累加计数器，退出同步块时，计数器减一，下一个线程可以获得对象的唯一使用权。这就是synchronized关键字的作用。  
再看下方的浅蓝色方块，我叫他等待集合（Wait sets），任何线程在对象上调用wait方法时，会把对象添加到等待集合中。如果对象的监控器计数器为0（没有给该对象加锁），则，抛出IllegalMonitorStateException异常，因此，wait方法的调用必须在synchronized关键字的语句块下执行。  
注意：wait方法会给对象的监控器解锁（关键的地方，不然其他线程就没有办法获得对象的锁了），并在返回前（无论是正常返回还是异常）又需要重新获得监控器锁。

synchronized(syncLock){
        syncLock.wait();
        // do somethings....
    }

上面代码，wait方法在语句块中，本应该是一个整体操作的，现在线程需要等待一个外部操作完成，才可以继续执行。

> 注意，由于synchronized关键字是在对象上的等待，如果一个类有多个synchronized的方法，那么所有的方法共享同一个监控器，那么意味着一个方法的阻塞，会阻塞该实例的所有方法，如果是静态类，那么虚拟机内所有调用都必须同步调用任何一个方法。

由于线程会在InterruptException中醒来，Java规范建议wait方法采用循环的写法来处理中断异常。

boolean bFlag = false;
    do{
      try{
        syncLock.wait();
        bFlag = true;
      }catch(InterruptException e){
        // continue waiting
      }
    }while(!bFlag);

这样，中断时间就不会影响真正需要等待的事件了。当然，如果是自己的业务逻辑中断，就需要更多的逻辑处理了。

本文如有不对的地方，请批评指正。  
规范部分翻译链接: [Java 同步(Synchronization)，等待(wait)通知(notify, notifyall)][Java _Synchronization_wait_notify_ notifyall]

[Java]: /images/20220708/8df53ed88890436d930f43edc858bfff.png
[Java _Synchronization_wait_notify_ notifyall]: http://blog.csdn.net/yin138/article/details/63846070