互斥
在共享对数据的访问中,我们讨论了 synchronized 块的特征,并在实现典型互斥锁(即,互斥或临界段)时说明了它们,其中每次只有一个线程可以执行受给定锁保护的代码块。
互斥是同步所做工作的重要部分,但同步还有其它几种特征,这些特征对于在多处理器系统上取得正确结果非常重要。
可见性
除了互斥,同步(如 volatile)强制某些可见性约束。当对象获取锁时,它首先使自己的高速缓存无效,这样就可以保证直接从主内存中装入变量。
同样,在对象释放锁之前,它会刷新其高速缓存,强制使已做的任何更改都出现在主内存中。
这样,会保证在同一个锁上同步的两个线程看到在 synchronized 块内修改的变量的相同值。
什么时候必须同步?
要跨线程维护正确的可见性,只要在几个线程之间共享非 final 变量,就必须使用 synchronized(或 volatile)以确保一个线程可以看见另一个线程做的更改。
可见性同步的基本规则是在以下情况中必须同步:
读取上一次可能是由另一个线程写入的变量
写入下一次可能由另一个线程读取的变量
用于一致性的同步
除了用于可见性的同步,从应用程序角度看,您还必须用同步来确保一致性得到了维护。当修改多个相关值时,您想要其它线程原子地看到这组更改 ― 要么看到全部更改,要么什么也看不到。这适用于相关数据项(如粒子的位置和速率)和元数据项(如链表中包含的数据值和列表自身中的数据项的链)。
考虑以下示例,它实现了一个简单(但不是线程安全的)的整数堆栈:
public class UnsafeStack {
public int top = 0;
public int[] values = new int[1000];
public void push(int n) {
values[top++] = n;
}
public int pop() {
return values[--top];
}
}
如果多个线程试图同时使用这个类,会发生什么?这可能是个灾难。因为没有同步,多个线程可以同时执行 push() 和 pop()。如果一个线程调用 push(),而另一个线程正好在递增了 top 并要把它用作 values 的下标之间调用 push(),会发生什么?结果,这两个线程会把它们的新值存储到相同的位置!当多个线程依赖于数据值之间的已知关系,但没有确保只有一个线程可以在给定时间操作那些值时,可能会发生许多形式的数据损坏,而这只是其中之一。
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