Java线程安全的实现方法_java保证一个方法线程安全

1.互斥同步

    互斥同步（Mutual Exclusion＆Synchronization）是常见的一种并发正确性保障手段。同步 是指在多个线程并发访问共享数据时，保证共享数据在同一个时刻只被一个（或者是一些， 使用信号量的时候）线程使用。而互斥是实现同步的一种手段，临界区（Critical  Section）、互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore）都是主要的互斥实现方式。因此，在这 4个字里面，互斥是因，同步是果；互斥是方法，同步是目的。
    在Java中，最基本的互斥同步手段就是synchronized关键字，synchronized关键字经过编译 之后，会在同步块的前后分别形成monitorenter和monitorexit这两个字节码指令，这两个字节 码都需要一个reference类型的参数来指明要锁定和解锁的对象。如果Java程序中的 synchronized明确指定了对象参数，那就是这个对象的reference；如果没有明确指定，那就根 据synchronized修饰的是实例方法还是类方法，去取对应的对象实例或Class对象来作为锁对 象。
    根据虚拟机规范的要求，在执行monitorenter指令时，首先要尝试获取对象的锁。如果这 个对象没被锁定，或者当前线程已经拥有了那个对象的锁，把锁的计数器加1，相应的，在 执行monitorexit指令时会将锁计数器减1，当计数器为0时，锁就被释放。如果获取对象锁失 败，那当前线程就要阻塞等待，直到对象锁被另外一个线程释放为止。 在虚拟机规范对monitorenter和monitorexit的行为描述中，有两点是需要特别注意的。首 先，synchronized同步块对同一条线程来说是可重入的，不会出现自己把自己锁死的问题。其 次，同步块在已进入的线程执行完之前，会阻塞后面其他线程的进入。第12章讲过，Java的 线程是映射到操作系统的原生线程之上的，如果要阻塞或唤醒一个线程，都需要操作系统来 帮忙完成，这就需要从用户态转换到核心态中，因此状态转换需要耗费很多的处理器时间。 对于代码简单的同步块（如被synchronized修饰的getter（）或setter（）方法），状态转换消 耗的时间有可能比用户代码执行的时间还要长。所以synchronized是Java语言中一个重量级 （Heavyweight）的操作，有经验的程序员都会在确实必要的情况下才使用这种操作。而虚拟 机本身也会进行一些优化，譬如在通知操作系统阻塞线程之前加入一段自旋等待过程，避免 频繁地切入到核心态之中。
    除了synchronized之外，我们还可以使用java.util.concurrent（下文称J.U.C）包中的重入锁 （ReentrantLock）来实现同步，在基本用法上，ReentrantLock与synchronized很相似，他们都 具备一样的线程重入特性，只是代码写法上有点区别，一个表现为API层面的互斥锁 （lock（）和unlock（）方法配合try/finally语句块来完成），另一个表现为原生语法层面的互 斥锁。不过，相比synchronized,ReentrantLock增加了一些高级功能，主要有以下3项：等待可 中断、可实现公平锁，以及锁可以绑定多个条件。
（1）等待可中断是指当持有锁的线程长期不释放锁的时候，正在等待的线程可以选择放弃等 待，改为处理其他事情，可中断特性对处理执行时间非常长的同步块很有帮助。 公平锁是指多个线程在等待同一个锁时，必须按照申请锁的时间顺序来依次获得锁；而 非公平锁则不保证这一点，在锁被释放时，任何一个等待锁的线程都有机会获得锁。 synchronized中的锁是非公平的，ReentrantLock默认情况下也是非公平的，但可以通过带布尔 值的构造函数要求使用公平锁。
（2）锁绑定多个条件是指一个ReentrantLock对象可以同时绑定多个Condition对象，而在 synchronized中，锁对象的wait（）和notify（）或notifyAll（）方法可以实现一个隐含的条 件，如果要和多于一个的条件关联的时候，就不得不额外地添加一个锁，而ReentrantLock则 无须这样做，只需要多次调用newCondition（）方法即可。

    如果需要使用上述功能，选用ReentrantLock是一个很好的选择，那如果是基于性能考虑呢？关于synchronized和ReentrantLock的性能问题，Brian Goetz对这两种锁在JDK 1.5与单核处理器，以及JDK 1.5与双Xeon处理器环境下做了一组吞吐量对比的实验 [1] ，实验结果可以看出，多线程环境下synchronized的吞吐量下降得非常严重，而ReentrantLock则能基本保持在同一个比较稳定的水平上。与其说ReentrantLock性能好，还不如说synchronized还有非常大的优化余地。后续的技术发展也证明了这一点，JDK 1.6中加入了很多针对锁的优化措施（13.3节我们就会讲解这些优化措施），JDK 1.6发布之后，人们就发现synchronized与ReentrantLock的性能基本上是完全持平了。因此，如果读者的程序是使用JDK 1.6或以上部署的话，性能因素就不再是选择ReentrantLock的理由了，虚拟机在未来的性能改进中肯定也会更加偏向于原生的synchronized，所以还是提倡在synchronized能实现需求的情况下，优先考虑使用synchronized来进行同步。

2.非阻塞同步

    互斥同步最主要的问题就是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能问题，因此这种同步也称 为阻塞同步（Blocking Synchronization）。从处理问题的方式上说，互斥同步属于一种悲观的 并发策略，总是认为只要不去做正确的同步措施（例如加锁），那就肯定会出现问题，无论共享数据是否真的会出现竞争，它都要进行加锁（这里讨论的是概念模型，实际上虚拟机会

优化掉很大一部分不必要的加锁）、用户态核心态转换、维护锁计数器和检查是否有被阻塞的线程需要唤醒等操作。随着硬件指令集的发展，我们有了另外一个选择：基于冲突检测的乐观并发策略，通俗地说，就是先进行操作，如果没有其他线程争用共享数据，那操作就成功了；如果共享数据有争用，产生了冲突，那就再采取其他的补偿措施（最常见的补偿措施就是不断地重试，直到成功为止），这种乐观的并发策略的许多实现都不需要把线程挂起，因此这种同步操作称为非阻塞同步（Non-Blocking Synchronization）。