摘要：注意，和都是隨機(jī)選擇一個(gè)線程，解除其阻塞狀態(tài)，可能會(huì)造成死鎖。生產(chǎn)者線程向隊(duì)列插入元素，消費(fèi)者線程從隊(duì)列取出元素。當(dāng)添加時(shí)隊(duì)列已滿或取出時(shí)隊(duì)列為空，阻塞隊(duì)列導(dǎo)致線程阻塞。里面有個(gè)小技巧，一個(gè)線程搜索完畢時(shí)向阻塞隊(duì)列填充，讓所有線程能停下來。

多線程對(duì)共享數(shù)據(jù)的讀寫涉及到同步問題，鎖和條件是線程同步的強(qiáng)大工具。鎖用來保護(hù)代碼片段（臨界區(qū)），任何時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行被保護(hù)的代碼。條件對(duì)象用來管理那些已經(jīng)進(jìn)入被保護(hù)的代碼段但還不能運(yùn)行的線程。

各線程訪問數(shù)據(jù)的次序不同，可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。下面的程序可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)賬戶之間的轉(zhuǎn)賬，正常情況下所有賬戶的總金額應(yīng)該是不變的。

public void transfer(int from, int to, double amount) {
    if (accounts[from] < amount) {
        return;
    }
    accounts[from] -= amount;
    accounts[to] += amount;
    System.out.printf(" Total Balance %10.2f
", getTotalBalance());
}

但是在上面程序的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)輸出的總金額是變化的，這是因?yàn)?b>transfer()方法執(zhí)行的過程中會(huì)被中斷，可能存在幾個(gè)線程同時(shí)讀寫賬戶余額。問題的根源在于轉(zhuǎn)賬這一系列動(dòng)作不是原子操作，并且沒有使用同步。當(dāng)然同步使用不當(dāng)也會(huì)造成死鎖（所有線程都阻塞的狀態(tài)）。

可以使用鎖和條件對(duì)象實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)存取。鎖能夠保護(hù)臨界區(qū)，確保只有一個(gè)線程執(zhí)行。

注意，在finally子句中不要忘記解鎖操作。若因異常拋出釋放，對(duì)象可能受損。

ReentrantLock類能夠有效防止代碼塊受并發(fā)訪問的干擾。

private Lock bankLock;
private Condition sufficientFunds;
public void transfer(int from, int to, double amount) throws InterruptedException {
    bankLock.lock();
    try {
        while (accounts[from] < amount) {
            sufficientFunds.await();
        }
        accounts[from] -= amount;
        accounts[to] += amount;
        System.out.printf(" Total Balance %10.2f
", getTotalBalance());
        sufficientFunds.signalAll();
    } finally {
        bankLock.unlock();
    }
}

每一個(gè)Bank對(duì)象有自己的ReentrantLock對(duì)象，如果兩個(gè)線程試圖訪問同一個(gè)Bank對(duì)象，那么鎖以串行方式提供服務(wù)。但是如果兩個(gè)線程訪問的是不同的Bank對(duì)象，兩個(gè)線程都不會(huì)發(fā)生阻塞。

對(duì)于所有賬戶總金額的獲取方法也需要加鎖才能保證正確執(zhí)行。鎖是可重入的，也就是說同一個(gè)線程可以重復(fù)的獲得已經(jīng)持有的鎖。鎖保持一個(gè)持有計(jì)數(shù)來跟蹤嵌套獲得鎖的次數(shù)，當(dāng)持有計(jì)數(shù)變?yōu)?時(shí)，線程釋放鎖。

public double getTotalBalance() {
    bankLock.lock();
    try {
        double sum = 0;
        for (double a : accounts) {
            sum += a;
        }
        return sum;
    } finally{
        bankLock.unlock();
    }
}

tryLock()方法用于嘗試獲取鎖而沒有發(fā)生阻塞。如果未獲得鎖，線程可以立即離開，去做別的事。

if(myLock.tryLock()) {
    try {
        do something
    } finally {
        myLock.unlock();
    }
} else {
    do something else
}

調(diào)用帶有超時(shí)參數(shù)的tryLock()，線程可以在等待獲取鎖的過程中被中斷，拋出InterruptedException異常。從而允許程序打破死鎖，類似于lockInterruptibly()。

java.util.concurrent.locks包定義了兩個(gè)鎖類：ReentrantLock類和ReentrantReadWriteLock類。在讀多寫少（很多線程從一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讀取數(shù)據(jù)，很少線程修改其中數(shù)據(jù)）的情形中，ReentrantReadWriteLock類是十分實(shí)用的。

讀鎖，允許多個(gè)讀，排斥所有寫；寫鎖，排斥所有讀和寫。

private ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
private Lock readLock = rwl.readLock();
private Lock writeLock = rwl.writeLock();

條件對(duì)象用來管理那些已經(jīng)獲得鎖但不能工作的線程。比如當(dāng)賬戶中沒有足夠余額時(shí)，需等待別的線程的存款操作。

一個(gè)鎖對(duì)象可以有一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的條件對(duì)象。當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用await()等待方法時(shí)，它將進(jìn)入該條件的等待集。當(dāng)一個(gè)線程轉(zhuǎn)賬完成時(shí)會(huì)調(diào)用sufficientFunds.signalAll()方法，重新激活因?yàn)?b>sufficientFunds這一條件而等待的所有線程，使這些線程從等待集中移出，狀態(tài)變?yōu)榭蛇\(yùn)行。當(dāng)一個(gè)線程處于等待集中時(shí)，只能靠其他線程來重新激活自己。

使用synchronized關(guān)鍵字聲明的方法，對(duì)象的鎖將保護(hù)整個(gè)方法，其實(shí)就是隱式的使用了一個(gè)內(nèi)部對(duì)象鎖。內(nèi)部對(duì)象鎖只有一個(gè)條件對(duì)象，使用wait()/notifyAll()/notify()操作。

public synchronized void myMethod() {
    while (! (ok to proceed)) {
        wait();
    }
    do something
    notifyAll();
}

注意，signal()和notify()都是隨機(jī)選擇一個(gè)線程，解除其阻塞狀態(tài)，可能會(huì)造成死鎖。

對(duì)于sychronized修飾的方法，顯式使用鎖對(duì)象和條件對(duì)象，形式如下。

public void myMethod() {
    this.intrinsic.lock();
    try {
        while(! (ok to proceed)) {
            condition.await();
        }
        do something
        condition.signalAll();
    } finally {
        this.intrinsic.unlock();
    }
}

為了保證操作的原子性，可以安全地使用AtomicInteger作為共享計(jì)數(shù)器而無需同步，這個(gè)類提供方法incrementAndGet()和decrementAndGet()完成自增自減操作。

使用volatile關(guān)鍵字同步讀寫的必要性：

由于寄存器或緩存的存在同一內(nèi)存地址可能會(huì)取到不同的值；

編譯器優(yōu)化中假定內(nèi)存中的值僅在代碼中有顯式修改指令時(shí)會(huì)改變。

volatile關(guān)鍵字為實(shí)例域的同步訪問提供了一種免鎖機(jī)制，當(dāng)被聲明為volatile域時(shí)，編譯器和虛擬機(jī)就知道該域可能被另一個(gè)線程并發(fā)更新。使用鎖或volatile修飾符，多個(gè)線程可以安全地讀取一個(gè)域，但volatile不提供原子性。。另外，將域聲明為final，也可以保證安全的訪問這個(gè)共享域。

在線程間共享變量時(shí)有風(fēng)險(xiǎn)的，可以使用ThreadLocal輔助類為各個(gè)線程提供各自的實(shí)例。比如，SimpleDateFormat類不是線程安全的，內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)被下面形式的并發(fā)訪問破壞。

public static final SimpleDateFormat dataFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
String dateStamp = dateFormat.format(new Date());

如果不使用synchronized或鎖等開銷較大的同步，可以使用線程局部變量ThreadLocal解決變量并發(fā)訪問的問題。

public static final ThreadLocal dateFormat =
    new ThreadLocal() {
        protected SimpleDateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
        }
    };
String dateStamp = dateFormat.get().format(new Date());

在一個(gè)線程中首次調(diào)用get()時(shí)，會(huì)調(diào)用initialValue()方法，此后會(huì)返回屬于當(dāng)前線程的實(shí)例。

對(duì)于java.util.Random類，雖是線程安全的，但多線程共享隨機(jī)數(shù)生成器卻是低效的?？梢允褂蒙厦嫣岬降?b>ThreadLocal為各個(gè)線程提供一個(gè)多帶帶的生成器，還可以使用ThreadLocalRandom這個(gè)便利類。

int random = ThreadLocalRandom.current().nextInt(upperBound);

上面關(guān)于同步的實(shí)現(xiàn)方式是Java并發(fā)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的底層構(gòu)建塊，在實(shí)際的編程使用中，使用較高層次的類庫會(huì)相對(duì)安全方便。對(duì)于典型的生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題，可以使用阻塞隊(duì)列解決，這樣就不用考慮鎖和條件的問題了。

生產(chǎn)者線程向隊(duì)列插入元素，消費(fèi)者線程從隊(duì)列取出元素。當(dāng)添加時(shí)隊(duì)列已滿或取出時(shí)隊(duì)列為空，阻塞隊(duì)列導(dǎo)致線程阻塞。將阻塞隊(duì)列用于線程管理工具時(shí)，主要用到put()和take()方法。對(duì)于offer()、poll()、peek()方法不能完成時(shí)，只是給出一個(gè)錯(cuò)誤提示而不會(huì)拋出異常。

java.util.concurrent包提供了幾種形式的阻塞隊(duì)列：

LinkedBlockingQueue：無容量限制，鏈表實(shí)現(xiàn)；

LinkedBlockingDeque：雙向隊(duì)列，鏈表實(shí)現(xiàn)；

ArrayBlockingQueue：需指定容量，可指定公平性，循環(huán)數(shù)組實(shí)現(xiàn)；

PriorityBlockingQueue：無邊界優(yōu)先隊(duì)列，用堆實(shí)現(xiàn)。

這里有一個(gè)用阻塞隊(duì)列控制一組線程的示例，實(shí)現(xiàn)的功能是搜索指定目錄及子目錄中的所有文件并找出含有查詢關(guān)鍵字的行。里面有個(gè)小技巧，一個(gè)線程搜索完畢時(shí)向阻塞隊(duì)列填充DUMMY，讓所有線程能停下來。