理解并发中断问题与线程优先级的局限性
在多线程编程中，一个常见的挑战是确保某些操作的原子性。例如，当一个线程正在执行一个多步骤的打印任务时，我们不希望其他线程在其中途插入自己的打印内容，导致输出混乱。开发者可能会自然而然地想到通过设置线程优先级来解决这个问题，期望高优先级的线程能够不被中断地完成任务。然而，线程优先级在java中是一个相对不可靠的机制。它的行为高度依赖于底层的操作系统调度器，不同操作系统对线程优先级的实现和解释可能大相径庭，甚至可能完全忽略java设置的优先级。因此，仅仅依靠线程优先级来保证关键代码段的互斥访问是不可取的。
采用锁机制实现互斥访问
为了可靠地解决并发中断问题，确保某个代码块在任意时刻只能由一个线程执行，Java提供了强大的锁机制。其中，synchronized关键字是实现这种互斥访问最基本也是最常用的方式。synchronized块通过关联一个监视器对象（monitor object），保证在同一时刻，只有一个线程可以持有该对象的锁，并执行被synchronized保护的代码块。
当一个线程尝试进入一个synchronized块时，它必须首先获取到该synchronized关键字所指定的监视器对象的锁。如果锁已被其他线程持有，当前线程将被阻塞，直到锁被释放。一旦线程完成synchronized块的执行，它会自动释放锁，允许其他等待的线程获取锁并进入。
以下是一个使用synchronized解决并发打印中断问题的示例：
public class PrinterManager {
// 定义一个静态的共享锁对象，所有需要同步的打印方法都将使用它
public static final Object myLock = new Object();
/**
* 打印任务1：在同步块中执行，确保其原子性
*/
public void print1() {
// 使用myLock作为监视器对象，同步此代码块
synchronized(myLock) {
System.out.println("--- 开始打印任务1 ---");
try {
// 模拟打印耗时操作
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
System.out.println("打印内容：这是来自任务1的重要信息。");
System.out.println("--- 任务1打印完成 ---");
}
}
/**
* 打印任务2：同样在同步块中执行，与任务1互斥
*/
public void print2() {
synchronized(myLock) {
System.out.println("--- 开始打印任务2 ---");
try {
Thread.sleep(300);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
System.out.println("打印内容：任务2正在输出报告。");
System.out.println("--- 任务2打印完成 ---");
}
}
/**
* 打印任务3：与前两个任务互斥
*/
public void print3() {
synchronized(myLock) {
System.out.println("--- 开始打印任务3 ---");
try {
Thread.sleep(700);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
System.out.println("打印内容：这是任务3的最终输出。");
System.out.println("--- 任务3打印完成 ---");
}
}
public static void main(String[] args) {
PrinterManager manager = new PrinterManager();
// 创建并启动多个线程，分别执行不同的打印任务
new Thread(manager::print1, "Thread-Print-1").start();
new Thread(manager::print2, "Thread-Print-2").start();
new Thread(manager::print3, "Thread-Print-3").start();
}
}在上述示例中，myLock是一个静态的Object实例，作为所有print方法共享的锁对象。当任何一个线程调用print1()、print2()或print3()方法时，它必须先获取myLock的锁。由于myLock是唯一的，因此在任何给定时刻，只有一个线程能够成功获取锁并进入其synchronized块执行打印操作。其他尝试进入synchronized块的线程将被阻塞，直到当前的打印任务完成并释放myLock。这样就确保了每个打印任务都能完整地输出，而不会被其他线程中断。
立即学习“Java免费学习笔记（深入）”；
使用锁机制的注意事项
-
选择合适的锁对象： 锁对象必须是所有需要同步的线程都能访问到的同一个对象。
- 对于实例方法或实例级别的资源，通常使用this（当前对象实例）作为锁。
- 对于静态方法或类级别的资源，通常使用类名.class或一个静态的Object实例作为锁，如示例中的myLock。
- 避免使用字符串字面量或基本数据类型的包装类作为锁对象，因为它们可能被JVM缓存或优化，导致意外的共享和死锁。
-
锁的粒度： 锁的粒度应适中。
- 粗粒度锁： 保护的代码范围过大，可能导致不必要的线程阻塞，降低并发性。
- 细粒度锁： 保护的代码范围过小，可能增加复杂性，也可能因为同步不足而导致问题。应仅同步那些真正需要互斥访问的关键代码段。
死锁风险： 不当的锁使用可能导致死锁。当两个或多个线程互相等待对方释放锁时，就会发生死锁。设计锁策略时应仔细考虑锁的获取顺序，尽量保持一致。
性能考量： synchronized关键字是JVM层面提供的同步机制，性能通常较高。但在高并发场景下，如果同步块执行时间过长，仍可能成为性能瓶颈。
总结
在Java多线程编程中，当需要确保某个操作或代码块的原子性时，应避免依赖不可靠的线程优先级。相反，应该采用成熟的锁机制，如synchronized关键字，通过共享的监视器对象来强制实现线程间的互斥访问。正确使用synchronized能够有效防止并发中断，保证程序的逻辑正确性和数据一致性，是编写健壮多线程应用的关键。对于更复杂的同步需求，Java的java.util.concurrent.locks包提供了更灵活的Lock接口及其实现，如ReentrantLock，但对于大多数互斥访问场景，synchronized已足够强大且易于使用。
