Java 多線程同步問題的探究（一）
眾所周知，在Java多線程編程中，一個非常重要的方面就是線程的同步問題。關(guān)于線程的同步，一般有以下解決方法：
1. 在需要同步的方法的方法簽名中加入synchronized關(guān)鍵字。
2. 使用synchronized塊對需要進行同步的代碼段進行同步。
3. 使用JDK 5中提供的java.util.concurrent.lock包中的Lock對象。
另外，為了解決多個線程對同一變量進行訪問時可能發(fā)生的安全性問題，我們不僅可以采用同步機制，更可以通過JDK 1.2中加入的ThreadLocal來保證更好的并發(fā)性。
本篇中，將詳細的討論Java多線程同步機制，并對ThreadLocal做出探討。
一、線程的先來后到
我們來舉一個Dirty的例子：某餐廳的衛(wèi)生間很小，幾乎只能容納一個人如廁。為了保證不受干擾，如廁的人進入衛(wèi)生間，就要鎖上房門。我們可以把衛(wèi)生間想象成是共享的資源，而眾多需要如廁的人可以被視作多個線程。假如衛(wèi)生間當前有人占用，那么其他人必須等待，直到這個人如廁完畢，打開房門走出來為止。這就好比多個線程共享一個資源的時候，是一定要分出先來后到的。
有人說：那如果我沒有這道門會怎樣呢？讓兩個線程相互競爭，誰搶先了，誰就可以先干活，這樣多好阿？但是我們知道：如果廁所沒有門的話，如廁的人一起涌向廁所，那么必然會發(fā)生爭執(zhí)，正常的如廁步驟就會被打亂，很有可能會發(fā)生意想不到的結(jié)果，例如某些人可能只好被迫在不正確的地方施肥……
正是因為有這道門，任何一個單獨進入如廁的人都可以順利的完成他們的如廁過程，而不會被干擾，甚至發(fā)生以外的結(jié)果。這就是說，如廁的時候要講究先來后到。
那么在Java 多線程程序當中，當多個線程競爭同一個資源的時候，如何能夠保證他們不會產(chǎn)生“打架”的情況呢？有人說是使用同步機制。沒錯，像上面這個例子，就是典型的同步案例，一旦***位開始如廁，則第二位必須等待***位結(jié)束，才能開始他的如廁過程。一個線程，一旦進入某一過程，必須等待正常的返回，并退出這一過程，下一個線程才能開始這個過程。
這里，最關(guān)鍵的就是衛(wèi)生間的門。其實，衛(wèi)生間的門擔任的是資源鎖的角色，只要如廁的人鎖上門，就相當于獲得了這個鎖，而當他打開鎖出來以后，就相當于釋放了這個鎖。
也就是說，多線程的線程同步機制實際上是靠鎖的概念來控制的。那么在Java程序當中，鎖是如何體現(xiàn)的呢？
讓我們從JVM的角度來看看鎖這個概念：
在Java程序運行時環(huán)境中，JVM需要對兩類線程共享的數(shù)據(jù)進行協(xié)調(diào)：
1）保存在堆中的實例變量
2）保存在方法區(qū)中的類變量
這兩類數(shù)據(jù)是被所有線程共享的。（程序不需要協(xié)調(diào)保存在Java 棧當中的數(shù)據(jù)。因為這些數(shù)據(jù)是屬于擁有該棧的線程所私有的。）
在java虛擬機中，每個對象和類在邏輯上都是和一個監(jiān)視器相關(guān)聯(lián)的。
對于對象來說，相關(guān)聯(lián)的監(jiān)視器保護對象的實例變量。
對于類來說，監(jiān)視器保護類的類變量。（如果一個對象沒有實例變量，或者一個類沒有變量，相關(guān)聯(lián)的監(jiān)視器就什么也不監(jiān)視。）
為了實現(xiàn)監(jiān)視器的排他性監(jiān)視能力，java虛擬機為每一個對象和類都關(guān)聯(lián)一個鎖。代表任何時候只允許一個線程擁有的特權(quán)。線程訪問實例變量或者類變量不需鎖。
但是如果線程獲取了鎖，那么在它釋放這個鎖之前，就沒有其他線程可以獲取同樣數(shù)據(jù)的鎖了。（鎖住一個對象就是獲取對象相關(guān)聯(lián)的監(jiān)視器）
類鎖實際上用對象鎖來實現(xiàn)。當虛擬機裝載一個class文件的時候，它就會創(chuàng)建一個java.lang.Class類的實例。當鎖住一個對象的時候，實際上鎖住的是那個類的Class對象。
一個線程可以多次對同一個對象上鎖。對于每一個對象，java虛擬機維護一個加鎖計數(shù)器，線程每獲得一次該對象，計數(shù)器就加1，每釋放一次，計數(shù)器就減 1，當計數(shù)器值為0時，鎖就被完全釋放了。
java編程人員不需要自己動手加鎖，對象鎖是java虛擬機內(nèi)部使用的。
在java程序中，只需要使用synchronized塊或者synchronized方法就可以標志一個監(jiān)視區(qū)域。當每次進入一個監(jiān)視區(qū)域時，java 虛擬機都會自動鎖上對象或者類。
看到這里，我想你們一定都疲勞了吧？讓我們休息一下，但是在這之前，請你們一定要記著：當一個有限的資源被多個線程共享的時候，為了保證對共享資源的互斥訪問，我們一定要給他們排出一個先來后到。而要做到這一點，對象鎖在這里起著非常重要的作用。
如果你想知道更多細節(jié)，請接著看本系列的第二篇吧。
【編輯推薦】
