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从0开始理解并发、线程与等待通知机制(下)

news 2026/3/26 6:52:11

线程安全问题演示
- 示例类SynTest定义一个count变量。
- 启动两个线程对count进行累加操作，预期结果为2万。
- 实际运行结果小于2万且不稳定，表明线程不安全。
原因分析
- 多线程同时访问共享变量导致不可预料的结果。
- 解决方案：使用synchronized关键字加锁。
synchronized使用方式
- 方法级别加锁
  - 在方法返回值前添加synchronized关键字。
  - 该锁对象为当前实例（this）。
- 代码块加锁
  - 使用synchronized(this)或synchronized(obj)指定锁对象。
  - 更灵活，适用于部分代码加锁场景。
对象锁与类锁的区别
- 对象锁：用于成员方法或同步块中，锁对象为具体实例（如this或任意Object）。
- 类锁：用于静态方法或锁住类的class对象。
- 关键原则：多个线程必须持有同一把锁才能实现互斥访问共享资源。
错误使用synchronized案例
- 若两个线程分别使用不同的锁对象（如new Object()），则无法保证线程安全。
- 必须确保多个线程使用的锁对象是同一个。

应用场景
- 适用于一写多读的并发场景。
- 例如主线程修改某个标志位，其他线程感知变化并作出响应。
作用与限制
- 可见性：一个线程对变量的修改对其他线程立即可见。
- 有序性：防止指令重排序优化。
- 不能保证原子性：无法替代synchronized或AtomicInteger等原子类。
为何不是锁机制？
- volatile仅提供轻量级通信与同步机制，无加锁过程。
- 不具备互斥能力，不能解决多线程同时写共享变量的安全问题。
字节码层面解释
- 对于Integer count变量，每次count++都会创建新的Integer对象。
- 导致即使加锁，也可能因锁对象变化而失效。
- 可通过打印哈希码验证对象地址是否变化。
volatile vs synchronized
- synchronized既能保证可见性，又能保证原子性和有序性。
- volatile只能保证可见性和有序性。

生活类比：快递通知机制
- 类似快递到达驿站后系统发短信通知用户取件。
- 避免轮询浪费资源。
核心API：Object类中的wait与notify
- wait()：使线程进入等待状态，释放锁。
- notify()/notifyAll()：唤醒一个或所有等待线程。
- 必须在synchronized块中调用，否则抛出异常。

标准范式

等待方：

java

synchronized(锁对象) { while (条件不满足) { 锁对象.wait(); } // 条件满足，继续执行业务逻辑 }

通知方：

java

synchronized(锁对象) { // 修改条件 锁对象.notifyAll(); }

线程相关方法与锁的关系
- sleep()：不释放锁。
- yield()：不释放锁。
- wait()：释放锁。
- notify()/notifyAll()：不释放锁，同步块执行完才释放。
为什么wait/notify必须在同步块中调用？
- 避免lost wake-up问题。
- 若不在同步块中调用，可能导致通知丢失，线程永远阻塞。
为什么要在while中检查条件？
- 多线程环境下可能出现虚假唤醒。
- 使用while循环确保条件真正满足后再继续执行。

背景
- JDK1.8引入，用于简化Future任务编排。
- 支持链式调用、组合任务、异步处理等。
核心功能
- 任务编排：支持任务之间的依赖关系（thenApply, thenAccept等）。
- 异步执行：支持自定义线程池。
- 组合任务：allOf, anyOf等。
接口结构
- CompletableFuture<T>实现了Future<T>和CompletionStage<T>接口。
- 提供丰富API用于任务控制和组合。

关于notify与notifyAll
- notify()随机唤醒一个等待线程。
- notifyAll()唤醒所有等待线程。
- 实际开发中更推荐使用notifyAll()，避免遗漏唤醒目标线程。
CompletableFuture是否能替代线程池？
- 不能完全替代，它只是任务编排工具。
- 仍需线程池执行实际任务。
同步机制的本质
- 同步即协调多个线程按顺序访问共享资源。
- synchronized和volatile均可实现同步，但侧重点不同。
volatile如何保证可见性？
- 插入内存屏障，刷新CPU缓存到主存。
- 所有读线程均可看到最新值。
类锁能否继承？
- 不可以，锁是基于对象或class对象，不具有继承特性。