Java并发编程之对象的共享

Java并发编程中，多个线程同时访问共享对象时，可能引发多种并发问题，如线程安全问题、死锁问题等。因此，Java并发编程中，对象的共享是一个非常重要的话题。本篇攻略将详细讲解Java并发编程中对象的共享的相关知识。

什么是对象的共享？

对象的共享指的是，多个线程同时访问同一个Java对象的成员变量或方法的情况。在这种情况下，这些线程可能会共享同一个对象的状态，可能会相互影响甚至引发并发问题。

对象的共享引发的并发问题

对象的共享可能引发多种并发问题，如线程安全问题、死锁问题等。

线程安全问题

当多个线程同时访问同一个Java对象的成员变量或方法时，如果这些成员变量或方法没有被正确的同步，就可能引发线程安全问题。线程安全问题包括原子性问题、可见性问题和有序性问题等。

原子性问题

原子性问题指的是，一个操作可能被多个线程同时访问，但是这个操作应该是原子的，即不能被打断的，但是多个线程同时访问会导致这个操作被打断，从而引发并发问题。

示例代码：

public class Counter {
    private int count = 0;

    public void increase() {
        count++; // count++不是原子操作
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

上述代码中，increase方法中的count++操作不是原子操作，多个线程同时访问increase方法可能会导致count++操作被打断，从而引发并发问题。

解决方案：使用synchronized关键字或ReentrantLock类进行同步。

可见性问题

可见性问题指的是，当一个线程修改了一个共享变量的值，另一个线程可能无法立即看到这个修改，从而引发并发问题。

示例代码：

public class MyRunnable implements Runnable {
    private boolean flag = true;

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            // do something
        }
    }

    public void stop() {
        flag = false;
    }
}

上述代码中，MyRunnable类的run方法中不断地执行某个操作，当stop方法被调用时，flag被设置为false，run方法中的while循环应该结束。但是，由于flag没有被正确地同步，另一个线程可能无法立即看到flag的修改，从而导致run方法一直在执行，结束不了，引发并发问题。

解决方案：使用volatile关键字或者synchronized关键字进行同步。

有序性问题

有序性问题指的是，一个线程执行的代码顺序可能与另一个线程期望的顺序不一致，从而引发并发问题。

示例代码：

public class MyRunnable implements Runnable {
    private int x;
    private volatile boolean flag;

    @Override
    public void run() {
        x = 5;
        flag = true;
    }

    public int getX() {
        if (flag) {
            return x;
        }
        return -1;
    }
}

上述代码中，MyRunnable类的run方法中设置了x的值为5，同时将flag设置为true。getX方法中判断flag是否为true，如果为true，则返回x的值，否则返回-1。但是，由于没有正确的同步flag的值，可能导致flag一直为false，从而返回-1，引发并发问题。

解决方案：使用volatile关键字或者synchronized关键字进行同步。

死锁问题

死锁问题指的是，多个线程互相等待，而导致所有的线程都阻塞，无法继续执行，从而引发并发问题。

示例代码：

public class DeadLockDemo {
    private static Object object1 = new Object();
    private static Object object2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object1) {
                    System.out.println("Thread1 acquired object1");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (object2) {
                        System.out.println("Thread1 acquired object2");
                    }
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (object2) {
                    System.out.println("Thread2 acquired object2");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (object1) {
                        System.out.println("Thread2 acquired object1");
                    }
                }
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

上述代码中，DeadLockDemo类中创建了两个对象object1和object2，并分别在两个线程中使用了synchronized关键字进行同步。当两个线程分别持有一个对象时，都在等待对方释放另一个对象，从而导致所有的线程都阻塞，无法继续执行，引发死锁问题。

解决方案：避免循环依赖，使用tryLock方法等。

如何避免对象的共享引起的并发问题？

为了避免对象的共享引起的并发问题，我们应该采用合适的同步机制来保证共享对象的线程安全。

常见的同步机制包括：

• synchronized关键字
• ReentrantLock类
• ReadWriteLock类
• Semaphore类
• CountDownLatch类
• CyclicBarrier类
• LockSupport类

在使用同步机制时，需要注意以下几点：

• 尽量使用局部变量，避免使用共享变量。
• 尽量减少同步代码块的代码量，避免锁的粒度过大。
• 避免使用String、Integer等包装类型作为锁对象。
• 使用LockSupport类时，需要将许可证的获取和释放配对使用。

示例说明

使用synchronized关键字进行同步

public class SynchronizedDemo {
    private int count = 0;

    public synchronized void increase() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

上述代码中，使用synchronized关键字对increase方法进行同步，保证多个线程同时访问该方法时线程安全。

使用ReentrantLock类进行同步

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockDemo {
    private int count = 0;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void increase() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

上述代码中，使用ReentrantLock类对increase方法进行同步，保证多个线程同时访问该方法时线程安全。需要注意的是，在finally块中释放锁，保证在出现异常时锁能够被正确地释放。