Java同步基础：揭开监视器的秘密

2023-09-21 11:09:55

多线程的魅力在于让程序同时执行多个任务，但是协调这些线程之间的活动和共享数据至关重要。Java 的同步机制在这里发挥了关键作用，以监视器为核心。

监视器可以类比为一个建筑，里面有一间特殊房间，储存着共享数据。房间一次只能容纳一个线程。当一个线程进入房间时，它独占房间内的资源，直到它离开。

监视器由两个关键组件组成：锁和条件变量 。锁的作用是控制对共享数据的访问，确保任何时候只有一个线程能访问它。条件变量则用于线程之间的通信，允许线程在满足特定条件时被唤醒或等待。

Java中的同步是通过synchronized实现的，它可以应用于方法或代码块。使用synchronized时，需要指定一个锁对象，以确保对锁对象的访问是同步的。

假设我们有两个线程同时访问一个共享变量counter，并在每次访问时将其加1。如果不使用同步，可能会出现数据竞争，导致counter的值不准确。

我们可以使用synchronized来防止这种竞争：

class Counter {
    private int count = 0;

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

通过将increment方法标记为synchronized，我们确保同一时间只有一个线程可以访问count变量，从而避免了数据竞争。

除了锁，条件变量允许线程等待特定条件满足后再继续执行。这对于协调复杂的多线程交互至关重要。

例如，我们有一个BlockingQueue，它只允许消费者在队列非空时消费数据，而生产者在队列已满时等待。我们可以使用条件变量实现：

class BlockingQueue {
    private Queue<Object> queue;
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();
    private Condition notFull = lock.newCondition();

    public void put(Object data) {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isFull()) {
                notFull.await();
            }
            queue.put(data);
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public Object take() {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {
                notEmpty.await();
            }
            Object data = queue.take();
            notFull.signal();
            return data;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}