【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式

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【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式

volatile关键字

volatile能保证内存可见性

import java.util.Scanner;

class MyCounter {
    public int flag = 0;
}

public class ThreadDemo14 {
    public static void main(String[] args) {
        MyCounter myCounter = new MyCounter();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (myCounter.flag == 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println("t1 循环结束");
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入一个整数: ");
            myCounter.flag = scanner.nextInt();
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

以上代码运行的结果可能是输入1后,t1这个线程并没有结束。而是一直在while中循环。而t2线程已经执行完了。
以上情况,就叫做内存可见性问题
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这里使用汇编来理解,大概分为两步操作:

  1. load,把内存中flag的值,读到寄存器中。
  2. cmp,把寄存器中的值,和0进行比较。根据比较结果,决定下一步往哪个地方执行(条件跳转指令)

上述循环循环体为空,循环执行速度极快。循环执行很多次,在t2真正修改之前,load得到的结果都是一样的。另一方面,load操作和cmp操作相比,速度慢的多得多。由于load执行速度太慢(相比于cmp),再加上反复load到的结果都是一样的,JVM就做出了一个大胆的决定:不再真正的重复load,判定没有人修改flag值(但实际上是有人在修改的,t2在修改),直接就读取一次就好。(编译器优化的一种方式)
内存可见性问题:一个线程针对一个变量进行读取操作,同时另一个线程针对这个变量进行修改。此时读到的值,并不一定是修改之后的值。(jvm/编译器在多线程环境下优化时残生了误判)
此时,我们就需要手动干预了。我们可以给flag这个变量加上volatile关键字。告诉编译器,这个变量是“易变”的,需要每一次都重新读取这个变量的内容。
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volatile不保证原子性,原子性是由synchronized来保证的。

wait和notify

举个列子:
t1,t2两个线程,希望t1先执行任务,任务执行快结束了让t2来干,就可以让t2先wait(阻塞,主动放弃cpu)。等t1任务执行快结束了,在通过notify通知t2,把t2唤醒,让t2开始执行任务。
上述场景中,使用join和sleep可以吗?
使用join,必须要t1彻底执行完,t2才能执行。如果希望t1执行一半任务然后让t2执行,join无法完成。
使用sleep,必须制定一个休眠时间,但是t1执行任务的时间是难以估计的。
使用wait和notify可以解决上述问题。

wait

wait进行阻塞,某个线程调用wait方法,就会进入阻塞,此时就处于WAITING.
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这个异常,很多带有阻塞功能的方法都带,这些方法都是可以被interrupt方法通过以上异常唤醒。
我们再来看一个代码:

public class ThreadDemo17 {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            Thread t = new Thread(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("执行完毕!");
            });

            t.start();
            System.out.println("wait前");
            t.wait();
            System.out.println("wait后");
        }
}

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这里会出现非法的锁状态异常。锁的状态一般是被加锁的状态,被解锁的状态。
为什么会出现这个异常呢?和wait的操作有关:

wait的操作:

  1. 先释放锁
  2. 进行阻塞等待
  3. 收到通知后,重新尝试获取锁,并且在获取锁后,继续往下执行。

上述代码没有锁就想要释放锁,所以出现了非法的锁状态异常。
因此,wait操作要搭配synchronized来使用。
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notify

wait和notify一般搭配使用。notify方法用来唤醒wait等待的线程, wait能够释放锁, 使线程等待, 而notify唤醒线程后能够获取锁, 然后使线程继续执行。
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如果上述代码中,t1还没有执行wait,t2已经执行了notify,那么此时的声明就是没有用的。t2执行notify后,t1执行wait后会一直阻塞等待。
注意上述代码在t2唤醒t1之后,t1和t2之间的执行是随机的,也是就标号3和标号4的地方的顺序是不确定的。

方法 效果
wait(); 无参数,一直等直到notify唤醒
wait(时间参数); 指定最长等待时间

notifyAll

notify方法只是唤醒某一个等待线程. 使用notifyAll方法可以一次唤醒所有的等待线程.
一般情况下,使用notify。因为全部唤醒会导致线程之间抢占式执行。不一定安全。

wait和sleep的区别

相同点:

  • 都可以使线程暂停一段时间来控制线程之间的执行顺序.
  • wait可以设置一个最长等待时间, 和sleep一样都可以提前唤醒.

不同点:

  • wait是Object类中的一个方法, sleep是Thread类中的一个方法.
  • wait必须在synchronized修饰的代码块或方法中使用, sleep方法可以在任何位置使用.
  • wait被调用后当前线程进入BLOCK状态并释放锁,并可以通过notify和notifyAll方法进行唤醒;sleep被调用后当前线程进入TIMED_WAITING状态,不涉及锁相关的操作.
  • 使用sleep只能指定一个固定的休眠时间, 线程中执行操作的执行时间是无法确定的; 而使用wait在指定操作位置就可以唤醒线程.
  • sleep和wait都可以被提前唤醒, interruppt唤醒sleep, 是会报异常的, 这种方式是一个非正常的执行逻辑; 而noitify唤醒wait是正常的业务执行逻辑, 不会有任何异常.

小练习

有三个线程, 分别只能打印 A, B, C. 控制三个线程固定按照 ABC 的顺序来打印.

public class ThreadDemo18 {
    // 有三个线程, 分别只能打印 A, B, C. 控制三个线程固定按照 ABC 的顺序来打印.
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object locker1 = new Object();
        Object locker2 = new Object();
        Thread t1 = new Thread(()->{
            System.out.println("A");
            synchronized (locker1) {
                locker1.notify();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{
            synchronized (locker1) {
                try {
                    locker1.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

            }
            System.out.println("B");
            synchronized (locker2) {
                    locker2.notify();
            }
        });
        Thread t3 = new Thread(()->{
            synchronized (locker2) {
                try {
                    locker2.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
            System.out.println("C");
        });
        t2.start();
        t3.start();
        Thread.sleep(100);
        t1.start();
    }
}

创建locker1,供1,2使用
创建locker2,供2,3使用
线程3,locker2.wait()
线程2, locker1.wait()唤醒后执行locker2.notify
线程1执行自己的任务,执行完后locker.notify
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多线程案例

单例模式

单例模式是设计模式的一种。
单例模式能保证某个类在程序中只存在唯一一份的实例,而不会创建出多个实例。
单例模式具体的实现方式分为“饿汉”和“懒汉”。

饿汉模式

类加载的同时,创建实例。
类对象在一个java进程中,只有一份。因此类对象内部的类属性也是唯一的。
在类加载阶段,就把实例创建出来了。

//饿汉模式的单例模式的实现
//保证Singleton这个类只能创建出一个实例
class Singleton{
    //在此处,先将实例创建出来
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    //为了避免Singleton类不小心被多复制出来
    //把构造方法设为private,在类外,无法通过new的方式来创建一个Singleton
    private Singleton(){

    }
}
public class ThreadDemo19 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        //Singleton s3 = new Singleton();
        System.out.println(s == s2);
    }
}

【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式
【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式

  • static保证这个实例唯一
  • static保证这个实例被创建出来。

懒汉模式

class SingletonLazy{
    private static SingletonLazy instance = null;


    public static SingletonLazy getIsntance() {
        if(instance == null){
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }
}
public class ThreadDemo20 {
        public static void main(String[] args) {
            SingletonLazy s = SingletonLazy.getIsntance();
            SingletonLazy s2 = SingletonLazy.getIsntance();
            System.out.println(s == s2);
        }
}

【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式

在多线程中调用instance,饿汉模式是线程不安全的。
【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式
那么如何保证懒汉模式线程安全呢?
**加锁。**线程安全的本质问题,就是读,比较,写这三个操作不是原子的。所以我们可以加锁来解决线程安全问题。
【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式

但是,加锁操作就导致每次调用getInstance都需要花一定的开销。而我们的加锁只针对new对象之前,所以我们就可以判断一下对象是否创建,再去决定加锁。
如果对象创建了,就不加锁。如果对象没有创建,就加锁。
【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式
上述代码还存在一个问题,即内存可见性问题:
假如调用getInstance的线程有很多,此时代码就有可能被优化(第一次读内存,后续读的是寄存器/cache)
除此之外,可能还会涉及到指令重排序。
【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式
上述代码中,分为三个步骤:

  1. 申请内存空间
  2. 调用构造方法,把这个内存空间初始化成一个对象
  3. 把内存空间的地址赋值给instance引用

而编译器的指令重排序操作就会调整代码执行顺序,123可能会变成132.(单线程中没有影响)
我们可以给代码中加上volatile。
volatile有两个功能:

  1. 解决内存可见性
  2. 禁止指令重排序。

以下为懒汉模式的单例模式的完整代码:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-425019.html

class SingletonLazy{
    private volatile static SingletonLazy instance = null;


    public static SingletonLazy getInstance() {
        if(instance ==null){
            synchronized (SingletonLazy.class){
                if(instance == null){
                    instance = new SingletonLazy();
                }
            }
        }  

        return instance;
    }
}
public class ThreadDemo20 {
        public static void main(String[] args) {
            SingletonLazy s = SingletonLazy.getInstance();
            SingletonLazy s2 = SingletonLazy.getInstance();
            System.out.println(s == s2);
        }
}

到了这里,关于【JavaEE初阶】多线程(三)volatile wait notify关键字 单例模式的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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