什么是線程安全與ThreadGroup

這篇文章主要介紹“什么是線程安全與ThreadGroup”，在日常操作中，相信很多人在什么是線程安全與ThreadGroup問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”什么是線程安全與ThreadGroup”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

簡介

synchronized可以防止線程干擾和內存一致性錯誤，具體表現如下：

• synchronized提供了一種鎖機制，能夠確保共享變量的互斥訪問，從而防止數據不一致的問題

• synchronized包括monitor enter和monitor exit兩個JVM指令，能保證在任何時候任何線程執行到monitor enter成功之前都必須從主存獲取數據，而不是從緩存中，在monitor exit運行成功之后，共享變量被更新后的值必須刷入主內存而不是僅僅在緩存中

• synchronized指令嚴格遵循Happens-Beofre規則，一個monitor exit指令之前必定要有一個monitor enter

基本用法

synchronized的基本用法可以用于對代碼塊或方法進行修飾，比如：

private final Object MUTEX = new Object();
    
public void sync1(){
    synchronized (MUTEX){
    }
}

public synchronized void sync2(){
}

字節碼簡單分析

一個簡單的例子如下：

public class Main {
    private static final Object MUTEX = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Main m = new Main();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(m::access).start();
        }
    }

    public void access(){
        synchronized (MUTEX){
            try{
                TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
            }catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

編譯后查看字節碼：

javap -v -c -s -l Main.class

access()字節碼截取如下：

stack=3, locals=4, args_size=1
 0: getstatic     #9                  // Field MUTEX:Ljava/lang/Object;  獲取MUTEX
 3: dup
 4: astore_1
 5: monitorenter					  // 執行monitor enter指令
 6: getstatic     #10                 // Field java/util/concurrent/TimeUnit.SECONDS:Ljava/util/concurrent/TimeUnit;
 9: ldc2_w        #11                 // long 20l
12: invokevirtual #13                 // Method java/util/concurrent/TimeUnit.sleep:(J)V
15: goto          23				  // 正常退出，跳轉到字節碼偏移量23的地方
18: astore_2
19: aload_2
20: invokevirtual #15                 // Method java/lang/InterruptedException.printStackTrace:()V
23: aload_1
24: monitorexit						  // monitor exit指令
25: goto          33
28: astore_3
29: aload_1
30: monitorexit
31: aload_3
32: athrow
33: return

關于monitorenter與monitorexit說明如下：

• monitorenter：每一個對象與一個monitor相對應，一個線程嘗試獲取與對象關聯的monitor的時候，如果monitor的計數器為0，會獲得之后立即對計數器加1，如果一個已經擁有monitor所有權的線程重入，將導致計數器再次累加，而如果其他線程嘗試獲取時，會一直阻塞直到monitor的計數器變為0，才能再次嘗試獲取對monitor的所有權

• monitorexit：釋放對monitor的所有權，將monitor的計數器減1，如果計數器為0，意味著該線程不再擁有對monitor的所有權

注意事項

非空對象

與monitor關聯的對象不能為空：

private Object MUTEX = null;
private void sync(){
    synchronized (MUTEX){

    }
}

會直接拋出空指針異常。

作用域不當

由于synchronized關鍵字存在排它性，作用域越大，往往意味著效率越低，甚至喪失并發優勢，比如：

private synchronized void sync(){
    method1();
    syncMethod();
    method2();
}

其中只有第二個方法是并發操作，那么可以修改為

private Object MUTEX = new Object();
private void sync(){
    method1();
    synchronized (MUTEX){
        syncMethod();
    }
    method2();
}

使用不同的對象

因為一個對象與一個monitor相關聯，如果使用不同的對象，這樣就失去了同步的意義，例子如下：

public class Main {
    public static class Task implements Runnable{
        private final Object MUTEX = new Object();

        @Override
        public void run(){
            synchronized (MUTEX){
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(new Task()).start();
        }
    }
}

每一個線程爭奪的monitor都是互相獨立的，這樣就失去了同步的意義，起不到互斥的作用。

死鎖

另外，使用synchronized還需要注意的是有可能造成死鎖的問題，先來看一下造成死鎖可能的原因。

死鎖成因

• 交叉鎖導致程序死鎖：比如線程A持有R1的鎖等待R2的鎖，線程B持有R2的鎖等待R1的鎖

• 內存不足：比如兩個線程T1和T2，T1已獲取10MB內存，T2獲取了15MB內存，T1和T2都需要獲取30MB內存才能工作，但是剩余可用的內存為10MB，這樣兩個線程都在等待彼此釋放內存資源

• 一問一答式的數據交換：服務器開啟某個端口，等待客戶端訪問，客戶端發送請求后，服務器因某些原因錯過了客戶端請求，導致客戶端等待服務器回應，而服務器等待客戶端發送請求

• 死循環引起的死鎖：比較常見，使用jstack等工具看不到死鎖，但是程序不工作，CPU占有率高，這種死鎖也叫系統假死，難以排查和重現

例子

public class Main {
    private final Object MUTEX_READ = new Object();
    private final Object MUTEX_WRITE = new Object();

    public void read(){
        synchronized (MUTEX_READ){
            synchronized (MUTEX_WRITE){
            }
        }
    }

    public void write(){
        synchronized (MUTEX_WRITE){
            synchronized (MUTEX_READ){
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Main m = new Main();
        new Thread(()->{
            while (true){
                m.read();
            }
        }).start();
        new Thread(()->{
            while (true){
                m.write();
            }
        }).start();
    }
}

兩個線程分別占有MUTEX_READ/MUTEX_WRITE，同時等待另一個線程釋放MUTEX_WRITE/MUTEX_READ，這就是交叉鎖造成的死鎖。

排查

使用jps找到進程后，通過jstack查看：

可以看到明確的提示找到了1個死鎖，Thread-0等待被Thread-1占有的monitor，而Thread-1等待被Thread-0占有的monitor。

兩個特殊的monitor

這里介紹兩個特殊的monitor：

• this monitor

• class monitor

this monitor

先上一段代碼：

public class Main {
    public synchronized void method1(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" method1");
        try{
            TimeUnit.MINUTES.sleep(5);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public synchronized void method2(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" method2");
        try{
            TimeUnit.MINUTES.sleep(5);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Main m = new Main();
        new Thread(m::method1).start();
        new Thread(m::method2).start();
    }
}

運行之后可以發現，只有一行輸出，也就是說，只是運行了其中一個方法，另一個方法根本沒有執行，使用jstack可以發現：

一個線程處于休眠中，而另一個線程處于阻塞中。而如果將method2()修改如下：

public void method2(){
    synchronized (this) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " method2");
        try {
            TimeUnit.MINUTES.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

效果是一樣的。也就是說，在方法上使用synchronized，等價于synchronized(this)。

class monitor

把上面的代碼中的方法修改為靜態方法：

public class Main {
    public static synchronized void method1() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " method1");
        try {
            TimeUnit.MINUTES.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static synchronized void method2() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " method2");
        try {
            TimeUnit.MINUTES.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(Main::method1).start();
        new Thread(Main::method2).start();
    }
}

運行之后可以發現輸出還是只有一行，也就是說只運行了其中一個方法，jstack分析也類似：

而如果將method2()修改如下：

public static void method2() {
    synchronized (Main.class) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " method2");
        try {
            TimeUnit.MINUTES.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

可以發現輸出還是一致，也就是說，在靜態方法上的synchronized，等價于synchronized(XXX.class)。

總結

• this monitor：在成員方法上的synchronized，就是this monitor，等價于在方法中使用synchronized(this)

• class monitor：在靜態方法上的synchronized，就是class monitor，等價于在靜態方法中使用synchronized(XXX.class)

ThreadGroup

簡介

無論什么情況下，一個新創建的線程都會加入某個ThreadGroup中：

• 如果新建線程沒有指定ThreadGroup，默認就是main線程所在的ThreadGroup

• 如果指定了ThreadGroup，那么就加入該ThreadGroup中

ThreadGroup中存在父子關系，一個ThreadGroup可以存在子ThreadGroup。

創建

創建ThreadGroup可以直接通過構造方法創建，構造方法有兩個，一個是直接指定名字（ThreadGroup為main線程的ThreadGroup），一個是帶有父ThreadGroup與名字的構造方法：

ThreadGroup group1 = new ThreadGroup("name");
ThreadGroup group2 = new ThreadGroup(group1,"name2");

完整例子：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ThreadGroup group1 = new ThreadGroup("name");
    ThreadGroup group2 = new ThreadGroup(group1,"name2");
    System.out.println(group2.getParent() == group1);
    System.out.println(group1.getParent().getName());
}

輸出結果：

true
main

enumerate()

enumerate()可用于Thread和ThreadGroup的復制，因為一個ThreadGroup可以加入若干個Thread以及若干個子ThreadGroup，使用該方法可以方便地進行復制。方法描述如下：

• public int enumerate(Thread [] list)

• public int enumerate(Thread [] list, boolean recurse)

• public int enumerate(ThreadGroup [] list)

• public int enumerate(ThreadGroup [] list, boolean recurse)

上述方法會將ThreadGroup中的活躍線程/ThreadGroup復制到Thread/ThreadGroup數組中，布爾參數表示是否開啟遞歸復制。

例子如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ThreadGroup myGroup = new ThreadGroup("MyGroup");
    Thread thread = new Thread(myGroup,()->{
        while (true){
            try{
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            }catch (InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    },"MyThread");
    thread.start();
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
    ThreadGroup mainGroup = currentThread().getThreadGroup();
    Thread[] list = new Thread[mainGroup.activeCount()];
    int recurseSize = mainGroup.enumerate(list);
    System.out.println(recurseSize);
    recurseSize = mainGroup.enumerate(list,false);
    System.out.println(recurseSize);
}

后一個輸出比前一個少1，因為不包含myGroup中的線程（遞歸設置為false）。需要注意的是，enumerate()獲取的線程僅僅是一個預估值，并不能百分百地保證當前group的活躍線程，比如調用復制之后，某個線程結束了生命周期或者新的線程加入進來，都會導致數據不準確。另外，返回的int值相較起Thread[]的長度更為真實，因為enumerate僅僅將當前活躍的線程分別放進數組中，而返回值int代表的是真實的數量而不是數組的長度。

其他API

• activeCount()：獲取group中活躍的線程，估計值

• activeGroupCount()：獲取group中活躍的子group，也是一個近似值，會遞歸獲取所有的子group

• getMaxPriority()：用于獲取group的優先級，默認情況下，group的優先級為10，且所有線程的優先級不得大于線程所在group的優先級

• getName()：獲取group名字

• getParent()：獲取父group，如果不存在返回null

• list()：一個輸出方法，遞歸輸出所有活躍線程信息到控制臺

• parentOf(ThreadGroup g)：判斷當前group是不是給定group的父group，如果給定的group是自己本身，也會返回true

• setMaxPriority(int pri)：指定group的最大優先級，設定后也會改變所有子group的最大優先級，另外，修改優先級后會出現線程優先級大于group優先級的情況，比如線程優先級為10，設置group優先級為5后，線程優先級就大于group優先級，但是新加入的線程優先級必須不能大于group優先級

• interrupt()：導致所有的活躍線程被中斷，遞歸調用線程的interrupt()

• destroy()：如果沒有任何活躍線程，調用后在父group中將自己移除

• setDaemon(boolean daemon)：設置為守護ThreadGroup后，如果該ThreadGroup沒有任何活躍線程，自動被銷毀

到此，關于“什么是線程安全與ThreadGroup”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！