当两条线程同时访问一个类的时候，可能会带来一些问题。并发线程重入可能会带来内存泄漏、程序不可控等等。不管是线程间的通讯还是线程共享数据都需要使用Java的锁机制控制并发代码产生的问题。本篇总结主要著名Java的锁机制，阐述多线程下如何使用锁机制进行并发线程沟通。
1、并发下的程序异常
先看下下面两个代码，查看异常内容。
异常1：单例模式
1 package com.scl.thread; 2 3 public class SingletonException 4 { 5 public static void main(String[] args) 6 { 7 // 开启十条线程进行分别测试输出类的hashCode,测试是否申请到同一个类 8 for (int i = 0; i < 10; i++) 9 { 10 new Thread(new Runnable() 11 { 12 @Override 13 public void run() 14 { 15 try 16 { 17 Thread.sleep(100); 18 } 19 catch (InterruptedException e) 20 { 21 e.printStackTrace(); 22 } 23 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + MySingle.getInstance().hashCode()); 24 } 25 }).start(); 26 } 27 } 28 } 29 30 class MySingle 31 { 32 private static MySingle mySingle = null; 33 34 private MySingle() 35 { 36 } 37 38 public static MySingle getInstance() 39 { 40 if (mySingle == null) { mySingle = new MySingle(); } 41 return mySingle; 42 } 43 }
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运行结果如下：
由上述可见，Thread-7与其他结果不一致，证明了在多线程并发的情况下这种单例写法存在问题，问题就在第40行。多个线程同时进入了空值判断，线程创建了新的类。
异常2：线程重入，引发程序错误
现在想模拟国企生产规则，每个月生产100件产品，然后当月消费20件，依次更替。模拟该工厂全年的生产与销售
备注：举这个实例是为后面的信号量和生产者消费者问题做铺垫。可以另外举例，如开辟十条线程，每条线程内的任务就是进行1-10的累加，每条线程输出的结果不一定是55(线程重入导致)
1 package com.scl.thread; 2 3 //每次生产100件产品，每次消费20件产品，生产消费更替12轮 4 public class ThreadCommunicateCopy 5 { 6 public static void main(String[] args) 7 { 8 final FactoryCopy factory = new FactoryCopy(); 9 new Thread(new Runnable() 10 { 11 12 @Override 13 public void run() 14 { 15 try 16 { 17 Thread.sleep(2000); 18 } 19 catch (InterruptedException e) 20 { 21 e.printStackTrace(); 22 } 23 24 for (int i = 1; i <= 12; i++) 25 { 26 factory.createProduct(i); 27 } 28 29 } 30 }).start(); 31 32 new Thread(new Runnable() 33 { 34 35 @Override 36 public void run() 37 { 38 try 39 { 40 Thread.sleep(2000); 41 } 42 catch (InterruptedException e) 43 { 44 e.printStackTrace(); 45 } 46 47 for (int i = 1; i <= 12; i++) 48 { 49 factory.sellProduct(i); 50 } 51 52 } 53 }).start(); 54 55 } 56 } 57 58 class FactoryCopy 59 { 60 //生产产品 61 public void createProduct(int i) 62 { 63 64 for (int j = 1; j <= 100; j++) 65 { 66 System.out.println("第" + i + "轮生产，产出" + j + "件"); 67 } 68 } 69 //销售产品 70 public void sellProduct(int i) 71 { 72 for (int j = 1; j <= 20; j++) 73 { 74 System.out.println("第" + i + "轮销售，销售" + j + "件"); 75 } 76 77 } 78 }
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结果如下:
该结果不能把销售线程和生产线程的代码分隔开，如果需要分隔开。可以使用Java的锁机制。下面总结下如何处理以上两个问题。
2、使用多线程编程目的及一些Java多线程的基本知识
使用多线程无非是期望程序能够更快地完成任务，这样并发编程就必须完成两件事情：线程同步及线程通信。
线程同步指的是：控制不同线程发生的先后顺序。
线程通信指的是：不同线程之间如何共享数据。
Java线程的内存模型：每个线程拥有自己的栈，堆内存共享 [来源：Java并发编程艺术 ],如下图所示。 锁是线程间内存和信息沟通的载体，了解线程间通信会对线程锁有个比较深入的了解。后面也会详细总结Java是如何根据锁的信息进行两条线程之间的通信。
2、使用Java的锁机制
Java语音设计和数据库一样，同样存在着代码锁.实现Java代码锁比较简单，一般使用两个关键字对代码进行线程锁定。最常用的就是volatile和synchronized两个
2.1 synchronized
synchronized关键字修饰的代码相当于数据库上的互斥锁。确保多个线程在同一时刻只能由一个线程处于方法或同步块中，确保线程对变量访问的可见和排它，获得锁的对象在代码结束后，会对锁进行释放。
synchronzied使用方法有两个：①加在方法上面锁定方法，②定义synchronized块。
模拟生产销售循环，可以通过synchronized关键字控制线程同步。代码如下：
1 package com.scl.thread; 2 3 //每次生产100件产品，每次消费20件产品，生产消费更替10轮 4 public class ThreadCommunicate 5 { 6 public static void main(String[] args) 7 { 8 final FactoryCopy factory = new FactoryCopy(); 9 new Thread(new Runnable() 10 { 11 12 @Override 13 public void run() 14 { 15 try 16 { 17 Thread.sleep(2000); 18 } 19 catch (InterruptedException e) 20 { 21 e.printStackTrace(); 22 } 23 24 for (int i = 1; i <= 12; i++) 25 { 26 factory.createProduct(i); 27 } 28 29 } 30 }).start(); 31 32 new Thread(new Runnable() 33 { 34 35 @Override 36 public void run() 37 { 38 try 39 { 40 Thread.sleep(2000); 41 } 42 catch (InterruptedException e) 43 { 44 e.printStackTrace(); 45 } 46 47 for (int i = 1; i <= 12; i++) 48 { 49 factory.sellProduct(i); 50 } 51 52 } 53 }).start(); 54 55 } 56 } 57 58 class Factory 59 { 60 private boolean isCreate = true; 61 62 public synchronized void createProduct(int i) 63 { 64 while (!isCreate) 65 { 66 try 67 { 68 this.wait(); 69 } 70 catch (InterruptedException e) 71 { 72 e.printStackTrace(); 73 } 74 } 75 76 for (int j = 1; j <= 100; j++) 77 { 78 System.out.println("第" + i + "轮生产，产出" + j + "件"); 79 } 80 isCreate = false; 81 this.notify(); 82 } 83 84 public synchronized void sellProduct(int i) 85 { 86 while (isCreate) 87 { 88 try 89 { 90 this.wait(); 91 } 92 catch (InterruptedException e) 93 { 94 e.printStackTrace(); 95 } 96 } 97 for (int j = 1; j <= 20; j++) 98 { 99 System.out.println("第" + i + "轮销售，销售" + j + "件"); 100 } 101 isCreate = true; 102 this.notify(); 103 } 104 }
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上述代码通过synchronized关键字控制生产及销售方法每次只能1条线程进入。代码中使用了isCreate标志位控制生产及销售的顺序。
注意：即使代码不使用isCreate标志位进行控制，代码只会出现 ：thread-0 生产－－－thread-0 生产－－－ thread-0 生产(生产完毕) －－－thread-1 销售…这种情况，不会出现生产跟销售交替。原因：使用Synchronized关键字对方法进行约束，默认锁定的是对一个的object类，直到代码结束，才会把锁给释放。因此使用该关键字进行限制时不会出现线程交叠现象。
备注：默认的使用synchronized修饰方法， 关键字会以当前实例对象作为锁对象，对线程进行锁定。
单例模式的修改可以在getInstance方式中添加synchronized关键字进行约束，即可。
wait方法和notify方法将在第三篇线程总结中讲解。
2.2 volatile
volatile关键字主要用来修饰变量，关键字不像synchronized一样，能够块状地对代码进行锁定。该关键字可以看做对修饰的变量进行了读或写的同步操作。
如以下代码：
1 package com.scl.thread; 2 3 public class NumberRange 4 { 5 private volatile int unSafeNum; 6 7 public int getUnSafeNum() 8 { 9 return unSafeNum; 10 } 11 12 public void setUnSafeNum(int unSafeNum) 13 { 14 this.unSafeNum = unSafeNum; 15 } 16 17 public int addVersion() 18 { 19 return this.unSafeNum++; 20 } 21 }
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代码编译后功能如下:
1 package com.scl.thread; 2 3 public class NumberRange 4 { 5 private volatile int unSafeNum; 6 7 public synchronized int getUnSafeNum() 8 { 9 return unSafeNum; 10 } 11 12 public synchronized void setUnSafeNum(int unSafeNum) 13 { 14 this.unSafeNum = unSafeNum; 15 } 16 17 public int addVersion() 18 { 19 int temp = getUnSafeNum(); 20 temp = temp + 1; 21 setUnSafeNum(temp); 22 return temp; 23 } 24 25 }
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由此可见，使用volatile变量进行自增或自减操作的时候，变量进行temp= temp+1这一步时，多条线程同时可能同时操作这一句代码，导致内容出差。线程代码内的原子性被破坏了。
单纯使用volatile来控制boolean或者某一个int类型的时候，感觉不出太大的作用。但当volatile在修饰一个对象的时候，对象必须按照步骤进行。在单线程的情况下new一个对象必须进行三步操作：①开辟存储空间 ②初始化 ③使用变量指向该内存。在并发的情况下，虚拟机创建对象可能依据这三步依次执行。可能③在②之前执行，那么就可能会导致程序抛出空指针异常。这时候可以使用volatile保证对象初始化原子性。
以上是对Java锁机制的总结，如有问题，烦请指出纠正。代码及例子很大一部分参考了《Java 并发编程艺术》[方腾飞 著]
