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前面我们已经讲过如何让对象具有Thread安全性，让它们能够在同一时间在两个或以上的Thread中使用。Thread的安全性在多线程设计中非常重要，因为race condition是非常难以重现和修正的，我们很难发现，更加难以改正，除非将这个代码的设计推翻来过。
同步最大的问题不是我们在需要同步的地方没有使用同步，而是在不需要同步的地方使用了同步，导致效率极度低下。所以，我们要想办法限制同步，因为无谓的同步比起无谓的运算还更加让人无语。
但是否有办法完全避免同步呢？
在有些情况下是可以的。我们可以使用之前的volatile关键字来解决这个问题，因为volatile修饰的变量是被完整的存储的，在读取它们的时候，能够确保它们是有效的，也就是最近一次存入的值。但这也是可以避免同步的唯一情况，如果有多个线程同时访问同一份数据，就必须明确的同步化所有对该数据的访问以防止各种race condition。
为什么无法完全避免呢？
每组线程都有自己的一组寄存器，但系统将某个线程分配给CPU时，它会把该线程持有的信息加载到CPU的寄存器中，在分配不同的线程给CPU前，它会将寄存器的信息保存下来，所以线程之间绝不会共享保存在寄存器中的数值，但是通过使用volatile，我们可以确保变量不会保持在寄存器中，这点我们在之前的文章中已经说过了，这就能够确保变量是真正的共享于线程之间。但是同步为什么能够解决这个问题呢？因为当虚拟机进入synchronized方法或者synchronized块的时候，它必须重新加载原本已经缓冲到自有寄存器上的数据，也就是存入到主存储器中。
也就是说，除了使用volatile和同步，我们就没有方法保证被线程共享的数据在访问上的安全性，但事实证明，volatile并不是值得推荐的解决方法，所以也只剩下同步了。
既然这样，我们唯一能够做到的就是学会恰当的使用同步。
同步的目的就是防止race condition导致数据在不一致或者变动中间状态被使用到，这段期间会禁止线程间的竞争。但这个保证会因为一个微妙的问题而变得不可信：线程间可能在同步的程序代码运行前就开始竞争。
public class ScoreLabel extends JLabel implements CharacterListener {
private volatile int score = 0;
private int char2type = -1;
private CharacterSource generator = null, typist = null;
private Lock scoreLock = new ReentrantLock();
public ScoreLabel(CharacterSource generator, CharacterSource typist) {
this.generator = generator;
this.typist = typist;
if (generator != null) {
generator.addCharacterListener(this);
}
if (typist != null) {
typist.addCharacterListener(this);
}
}
public ScoreLabel() {
this(null, null);
}
public void resetGenerator(CharacterSource newCharactor) {
try {
scoreLock.lock();
if (generator != null) {
generator.removeCharacterListener(this);
}
generator = newCharactor;
if (generator != null) {
generator.addCharacterListener(this);
}
} finally {
scoreLock.unlock();
}
}
public void resetTypist(CharacterSource newTypist) {
if (typist != null) {
typist.removeCharacterListener(this);
typist = newTypist;
}
if (typist != null) {
typist.addCharacterListener(this);
}
}
public synchronized void resetScore() {
score = 0;
char2type = -1;
setScore();
}
private synchronized void setScore() {
SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
@Override
public void run() {
setText(Integer.toString(score));
}
});
}
@Override
public synchronized void newCharacter(CharacterEvent ce) {
if (ce.source == generator) {
if (char2type != -1) {
score--;
setScore();
}
char2type = ce.character;
} else {
if (char2type != ce.character) {
score--;
} else {
score++;
char2type = -1;
}
setScore();
}
}
}
为了修改这个类，我们需要三个修改：简单的变量代换，算法的变更和重新尝试操作，每一个修改都要保持class的synchronized版本语义的完整，而这些都是依赖于程序代码所有的效果，所以我们必须确保程序代码的最终效果和synchronized版本是一致的，这个目的也是重构的基本原则：在不影响代码外在表现下对代码进行内在的修改，也是面向对象的核心思想。
if (generator != null) {
generator.removeCharacterListener(this);
}
generator = newCharactor;
if (generator != null) {
generator.addCharacterListener(this);
}
这段代码最大的问题就是：两个线程同时要求generatorA删除this对象，实际上它会被删除两次，ScoreLabel对象同样也会加入generatorB和generatorC。这两个结果都是错的。
if (newGenerator != null) {
newGenerator.addCharacterListener(this);
}
oldGenerator = generator.getAndSet(newGenerator);
if (oldGenerator != null) {
oldGenerator.removeCharacterListener(this);
}
当它被两个线程同时调用时，ScoreLabel对象会被generatorB和generatorC登记，各个线程随后会atomic地设定当前的产生器，因为它们是同时运行，可能会有不同的结果：假设第一个线程先运行，它会从getAndSet()中取回generatorA,然后将ScoreLabel对象从generatorA的监听器中删除，而第二个线程从getAndSet()中取回generatorB并从generatorB的监听器删除ScoreLabel。如果第二个线程先运行，变量会稍有不同，但结果永远会是一样的：不管哪一个对象被分配给genrator的instance变量，它就是ScoreLabel对象所监听的那一个，并且是唯一的一个。
@Override
public synchronized void newCharacter(CharacterEvent ce) {
int oldChar2type;
if (ce.source == generator.get()) {
oldChar2type = char2type.getAndSet(ce.character);
if (oldChar2type != -1) {
score.decrementAndGet();
setScore();
}
} else if (ce.source == typist.get()) {
while (true) {
oldChar2type = char2type.get();
if (oldChar2type != ce.character) {
score.decrementAndGet();
break;
} else if (char2type.compareAndSet(oldChar2type, -1)) {
score.incrementAndGet();
break;
}
}
setScore();
}
newCharacter()这个方法的修改是最大的，因为它现在必须要丢弃任何不是来自于所属来源的事件。
public class ScoreLabel extends JLabel implements CharacterListener {
private AtomicInteger score = new AtomicInteger(0);
private AtomicInteger char2type = new AtomicInteger(-1);
private AtomicReference<CharacterSource> generator = null;
private AtomicReference<CharacterSource> typist = null;
public ScoreLabel(CharacterSource generator, CharacterSource typist) {
this.generator = new AtomicReference<CharacterSource>();
this.typist = new AtomicReference<CharacterSource>();
if (generator != null) {
generator.addCharacterListener(this);
}
if (typist != null) {
typist.addCharacterListener(this);
}
}
public ScoreLabel() {
this(null, null);
}
public void resetGenerator(CharacterSource newGenerator) {
CharacterSource oldGenerator;
if (newGenerator != null) {
newGenerator.addCharacterListener(this);
}
oldGenerator = generator.getAndSet(newGenerator);
if (oldGenerator != null) {
oldGenerator.removeCharacterListener(this);
}
}
public void resetTypist(CharacterSource newTypist) {
CharacterSource oldTypist;
if (newTypist != null) {
newTypist.addCharacterListener(this);
}
oldTypist = typist.getAndSet(newTypist);
if (oldTypist != null) {
oldTypist.removeCharacterListener(this);
}
}
public synchronized void resetScore() {
score.set(0);
char2type.set(-1);
setScore();
}
private synchronized void setScore() {
SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
@Override
public void run() {
setText(Integer.toString(score.get()));
}
});
}
@Override
public synchronized void newCharacter(CharacterEvent ce) {
int oldChar2type;
if (ce.source == generator.get()) {
oldChar2type = char2type.getAndSet(ce.character);
if (oldChar2type != -1) {
score.decrementAndGet();
setScore();
}
} else if (ce.source == typist.get()) {
while (true) {
oldChar2type = char2type.get();
if (oldChar2type != ce.character) {
score.decrementAndGet();
break;
} else if (char2type.compareAndSet(oldChar2type, -1)) {
score.incrementAndGet();
break;
}
}
setScore();
}
}
}
public class AtomicDouble extends Number{
private AtomicReference<Double> value;
public AtomicDouble(){
this(0.0);
}
public AtomicDouble(double initVal){
value = new AtomicReference<Double>(new Double(initVal));
}
public double get(){
return value.get().doubleValue();
}
public void set(double newVal){
value.set(new Double(newVal));
}
public boolean compareAndSet(double expect, double update){
Double origVal, newVal;
newVal = new Double(update);
while(true){
origVal = value.get();
if(Double.compare(origVal.doubleValue(), expect) == 0){
if(value.compareAndSet(origVal, newVal)){
return true;
}else{
return false;
}
}
}
}
public boolean weakCompareAndSet(double expect, double update){
return compareAndSet(expect, update);
}
public double getAndSet(double setVal){
Double origVal, newVal;
newVal = new Double(setVal);
while(true){
origVal = value.get();
if(value.compareAndSet(origVal, newVal)){
return origVal.doubleValue();
}
}
}
public double getAndAdd(double delta){
Double origVal, newVal;
while(true){
origVal = value.get();
newVal = new Double(origVal.doubleValue() + delta);
if(value.compareAndSet(origVal, newVal)){
return origVal.doubleValue();
}
}
}
public double addAndGet(double delta){
Double origVal, newVal;
while(true){
origVal = value.get();
newVal = new Double(origVal.doubleValue() + delta);
if(value.compareAndSet(origVal, newVal)){
return newVal.doubleValue();
}
}
}
public double getAndIncrement(){
return getAndAdd((double)1.0);
}
public double getAndDecrement(){
return addAndGet((double)-1.0);
}
public double incrementAndGet(){
return addAndGet((double)1.0);
}
public double decrementAndGet(){
return addAndGet((double)-1.0);
}
public double getAndMultiply(double multiple){
Double origVal, newVal;
while(true){
origVal = value.get();
newVal = new Double(origVal.doubleValue() * multiple);
if(value.compareAndSet(origVal, newVal)){
return origVal.doubleValue();
}
}
}
public double multiplyAndGet(double multiple){
Double origVal, newVal;
while(true){
origVal = value.get();
newVal = new Double(origVal.doubleValue() * multiple);
if(value.compareAndSet(origVal, newVal)){
return newVal.doubleValue();
}
}
}
}
到现在为止，我们还只是对个别的变量做atomic地设定，还没有做到对一群数据atomic地设定。如果是这样，我们就必须通过创建封装这些要被变动值的对象来完成，之后这些值就可以通过atomic地变动对这些值的atomic引用来做到同时地改变。这样的运行方式其实和上面实现的AtomicDouble是一样的。
public class ThreadLocal<T>{
protected T initialValue();
public T get();
public void set(T value);
public void remove();
}
一般情况下，我们都是subclass这个ThreadLocal并覆写initialValue()这个方法来返回应该在线程第一次访问此变量时返回的值。我们还可以通过继承自这个类来让子线程继承父线程的局部变量。
一步一步掌握线程机制(六)---Atomic变量和Thread局部变量
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原文地址：http://www.cnblogs.com/wzhanke/p/4486304.html
