JUC学习笔记——共享模型之管程 _生活百科

JUC学习笔记——共享模型之管程在本系列内容中我们会对JUC做一个系统的学习，本片将会介绍JUC的管程部分
我们会分为以下几部分进行介绍：

共享问题
共享问题解决方案
线程安全分析
Monitor
synchronized锁
Wait/notify
模式之保护性暂停
模式之生产者消费者
park
线程状态转换详解
多锁操作
活跃性
ReentrantLock
同步模式之顺序控制

共享问题这小节我们将会介绍共享问题
共享问题概述我们首先来简单介绍一下贡献问题的产生原因：

操作系统目前只操纵一个CPU单位（单核CPU）
但是有两个线程都需要CPU来运行程序，所以操作系统采用时间片分配CPU
假设一个线程负责i++，一个线程负责i--，但我们需要注意共享数据的存放不是在线程中而是在内存里
假设一个线程取到数据，并进行i++操作之后，但并未将数据放入时，发生了上下文转换，这时另一个线程完成了i--操作
这时另一个线程的操作结果为0-1：-1，结果这个线程继续操作，将计算后的数据直接放入，结果变为了1，结果错误引发共享问题

实际代码体现我们采用实际代码给出示例：

// 针对counter，我们一个线程++，一个线程--各运行5000次static int counter = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {counter++;}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {counter--;}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();log.debug("{}",counter);}// 但结果却不是0，经常为-5000~5000之间的数

我们可以从底层代码分析问题：

/*i++底层代码*/ getstatic i // 获取静态变量i的值iconst_1// 准备常量1iadd// 自增putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i/*i--底层代码*/ getstatic i // 获取静态变量i的值iconst_1// 准备常量1isub// 自减putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i

我们会发现他们的底层代码并不是一步实现，而是多步操作一同实现
在单线程下，按照正常顺序实现自然不会出错：

文章插图
但是如果是多线程，就会因为上下文切换的缘由导致部分步骤出现交杂（我们给出正数示例）：

文章插图
临界区和竞态条件首先我们来简单介绍一下临界区：

一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区
例如我们上述共享问题中的i就是共享资源，而对i操作的i++和i--操作都可以被称为临界区

针对临界区我们需要注意以下内容：

一个程序运行多个线程本身是没有问题的
多个线程读共享资源其实也没有问题
但是在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题

然后我们再来介绍一下竞态条件：

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

共享问题解决方案这小节我们将会介绍共享问题解决方案
共享问题解决方案总述我们的共享问题主要采用以下两种方案解决：

阻塞式的解决方案：synchronized ， Lock
非阻塞式的解决方案：原子变量

synchronized简述首先我们简单介绍一下synchronized：

俗称的【对象锁】，采用互斥的方式使目前至多只有一个线程能持有【对象锁】其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。
这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换

我们先来介绍synchronized的语法：

// 线程1，线程2 都使用同一对象作为锁，这样一个运行 ， 另一个处于blocked阻塞synchronized(对象){临界区}

我们再给出相关代码示例：

// 我们创建一个room对象来作为锁，注意处理共享问题的线程需要绑定同一个锁static int counter = 0;static final Object room = new Object();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {synchronized (room) {counter++;}}}, "t1");Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 5000; i++) {synchronized (room) {counter--;}}}, "t2");t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();log.debug("{}",counter);}

我们做简单解释：