java基础系列(七) 同步和异步理解

一.  问题描述        

        同步传输和异步传输是web和数据库的重要知识点，会被很多老师强调。那么，它们有什么相同点和不同点？它们对于我们学习编程的意义在哪里？

二.  概念

首先什么是同步和异步？

这里的同步是指，同步请求，就是按顺序处理，即当我们向服务器发出一个请求时，在服务器没返回结果给客户端之前，我们要一直处于等待状态直至服务器将结果返回到客户端，我们才能执行下一步操作。例如我们经常使用浏览器去访问一个网站的时候，其实就是同步请求，也就是浏览器发出一个请求，服务器就回复一个请求。

同样的，这里异步指的就是异步请求，也就是java上说的并行处理。即当我们向服务器发出一个请求时，在服务器没返回结果之前，我们还是可以执行其他操作。因为系统的迁移程序会启动，所以你可以关闭你的请求窗口，而实际上你的请求系统已经响应了。其实在Web课上讲到的AJAX技术就是典型的异步请求。

举一个简单的例子，泡茶。泡茶需要的步骤有烧水，洗杯子，装茶叶，倒水。

同步的话，就是在烧水的时候就等着，直到水烧开后，再去洗杯子，洗完杯子后再去装茶叶，最后再倒水。

而异步的话就是指在烧水的时候我们不用一直等着，我们可以先去做后面的几件事。

三. 优缺点

通过对同步和异步的了解我们不难发现他们的优缺点。

同步：

　　优点：一步一步完成，确保了每一步的正确性，不容易出错

　　缺点：用户的等待时间会花费的更多，体验不好

异步：

　　优点：多个请求并行处理完成，减少了用户等待时间，但是最后容易出错，　　

　　　　　且不易发现错误。

　　缺点：用户的等待时间会花费的更少，体验更好。

四. 区别

        同步，是所有的操作都做完，才返回给用户结果。即写完数据库之后，再响应用户，用户体验不好。

        异步，不用等所有操作等做完，就相应用户请求。即先响应用户请求，然后慢慢去写数据库，用户体验较好。

五. java同步机制实现方式

1. ThreadLocal
2. synchronized( )
3. wait() 与 notify()
4. volatile

目的：都是为了解决多线程中的对同一变量的访问冲突
1.ThreadLocal
ThreadLocal 保证不同线程拥有不同实例，相同线程一定拥有相同的实例，即为每一个使用该变量的线程提供一个该变量值的副本，每一个线程都可以独立改变自己的副本，而不是与其它线程的副本冲突。
优势：提供了线程安全的共享对象
与其它同步机制的区别：同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问，是为了多个线程之间进行通信；而 ThreadLocal 是隔离多个线程的数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源，这样当然不需要多个线程进行同步了。

2.volatile
volatile 修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。
优势：这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。
缘由：Java 语言规范中指出，为了获得最佳速度，允许线程保存共享成员变量的私有拷贝，而且只当线程进入或者离开同步代码块时才与共享成员变量的原始值对比。这样当多个线程同时与某个对象交互时，就必须要注意到要让线程及时的得到共享成员变量的变化。而 volatile 关键字就是提示 VM ：对于这个成员变量不能保存它的私有拷贝，而应直接与共享成员变量交互。
使用技巧：在两个或者更多的线程访问的成员变量上使用 volatile 。当要访问的变量已在synchronized 代码块中，或者为常量时，不必使用。
线程为了提高效率，将某成员变量(如A)拷贝了一份（如B），线程中对A的访问其实访问的是B。只在某些动作时才进行A和B的同步，因此存在A和B不一致的情况。volatile就是用来避免这种情况的。 volatile告诉jvm，它所修饰的变量不保留拷贝，直接访问主内存中的（读操作多时使用较好；线程间需要通信，本条做不到）
Volatile 变量具有 synchronized 的可见性特性，但是不具备原子特性。这就是说线程能够自动发现 volatile 变量的最新值。Volatile 变量可用于提供线程安全，但是只能应用于非常有限的一组用例：多个变量之间或者某个变量的当前值与修改后值之间没有约束。
您只能在有限的一些情形下使用 volatile 变量替代锁。要使 volatile 变量提供理想的线程安全，必须同时满足下面两个条件：
对变量的写操作不依赖于当前值；该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

3.sleep() vs wait()
sleep是线程类（Thread）的方法，导致此线程暂停执行指定时间，把执行机会给其他线程，但是监控状态依然保持，到时后会自动恢复。调用sleep不会释放对象锁。
wait是Object类的方法，对此对象调用wait方法导致本线程放弃对象锁，进入等待此对象的等待锁定池，只有针对此对象发出notify方法（或notifyAll）后本线程才进入对象锁定池准备获得对象锁进入运行状态。
（如果变量被声明为volatile，在每次访问时都会和主存一致；如果变量在同步方法或者同步块中被访问，当在方法或者块的入口处获得锁以及方法或者块退出时释放锁时变量被同步。）