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Java多线程同步的五种方法


 

   

  二、为什么要线程同步

  因为当我们有多个线程要同时访问一个变量或对象时,如果这些线程中既有读又有写操作时,就会导致变量值或对象的状态出现混乱,从而导致程序异常。举个例子,如果一个银行账户同时被两个线程操作,一个取100块,一个存钱100块。假设账户原本有0块,如果取钱线程和存钱线程同时发生,会出现什么结果呢?取钱不成功,账户余额是100.取钱成功了,账户余额是0.那到底是哪个呢?很难说清楚。因此多线程同步就是要解决这个问题。

  三、不同步时的代码

  Bank.java

  packagethreadTest;

  /**

  *@authorww

  *

  */

  publicclassBank{

  privateintcount=0;//账户余额

  //存钱

  publicvoidaddMoney(intmoney){

  count+=money;

  System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);

  }

  //取钱

  publicvoidsubMoney(intmoney){

  if(count-money<0){

  System.out.println("余额不足");

  return;

  }

  count-=money;

  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);

  }

  //查询

  publicvoidlookMoney(){

  System.out.println("账户余额:"+count);

  }

  }

  SyncThreadTest.java

  packagethreadTest;

  publicclassSyncThreadTest{

  publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

  finalBankbank=newBank();

  Threadtadd=newThread(newRunnable(){

  @Override

  publicvoidrun(){

  //TODOAuto-generatedmethodstub

  while(true){

  try{

  Thread.sleep(1000);

  }catch(InterruptedExceptione){

  //TODOAuto-generatedcatchblock

  e.printStackTrace();

  }

  bank.addMoney(100);

  bank.lookMoney();

  System.out.println("n");

  }

  }

  });

  Threadtsub=newThread(newRunnable(){

  @Override

  publicvoidrun(){

  //TODOAuto-generatedmethodstub

  while(true){

  bank.subMoney(100);

  bank.lookMoney();

  System.out.println("n");

  try{

  Thread.sleep(1000);

  }catch(InterruptedExceptione){

  //TODOAuto-generatedcatchblock

  e.printStackTrace();

  }

  }

  }

  });

  tsub.start();

  tadd.start();

  }

  }

  代码很简单,我就不解释了,看看运行结果怎样呢?截取了其中的一部分,是不是很乱,有写看不懂。

 

  余额不足

  账户余额:0

  余额不足

  账户余额:100

  1441790503354存进:100

  账户余额:100

  1441790504354存进:100

  账户余额:100

  1441790504354取出:100

  账户余额:100

  1441790505355存进:100

  账户余额:100

  1441790505355取出:100

  账户余额:100

  四、使用同步时的代码

  (1)同步方法:

  即有synchronized关键字修饰的方法。由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此关键字修饰方法时,内置锁会保护整个方法。在调用该方法前,需要获得内置锁,否则就处于阻塞状态。

  修改后的Bank.java

  packagethreadTest;

  /**

  *@authorww

  *

  */

  publicclassBank{

  privateintcount=0;//账户余额

  //存钱

  publicsynchronizedvoidaddMoney(intmoney){

  count+=money;

  System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);

  }

  //取钱

  publicsynchronizedvoidsubMoney(intmoney){

  if(count-money<0){

  System.out.println("余额不足");

  return;

  }

  count-=money;

  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);

  }

  //查询

  publicvoidlookMoney(){

  System.out.println("账户余额:"+count);

  }

  }

  再看看运行结果:

  余额不足

  账户余额:0

  余额不足

  账户余额:0

  1441790837380存进:100

  账户余额:100

  1441790838380取出:100

  账户余额:0

  1441790838380存进:100

  账户余额:100

  1441790839381取出:100

  账户余额:0

  瞬间感觉可以理解了吧。

  注: synchronized关键字也可以修饰静态方法,此时如果调用该静态方法,将会锁住整个类

  (2)同步代码块

  即有synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁,从而实现同步

  Bank.java代码如下:

  packagethreadTest;

  /**

  *@authorww

  *

  */

  publicclassBank{

  privateintcount=0;//账户余额

  //存钱

  publicvoidaddMoney(intmoney){

  synchronized(this){

  count+=money;

  }

  System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);

  }

  //取钱

  publicvoidsubMoney(intmoney){

  synchronized(this){

  if(count-money<0){

  System.out.println("余额不足");

  return;

  }

  count-=money;

  }

  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);

  }

  //查询

  publicvoidlookMoney(){

  System.out.println("账户余额:"+count);

  }

  }

  运行结果如下:

  余额不足

  账户余额:0

  1441791806699存进:100

  账户余额:100

  1441791806700取出:100

  账户余额:0

  1441791807699存进:100

  账户余额:100

  效果和方法一差不多。

  注:同步是一种高开销的操作,因此应该尽量减少同步的内容。通常没有必要同步整个方法,使用synchronized代码块同步关键代码即可。

  (3)使用特殊域变量(volatile)实现线程同步

  a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制

  b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新

  c.因此每次使用该域就要重新计算,而不是使用寄存器中的值

  d.volatile不会提供任何原子操作,它也不能用来修饰final类型的变量

  Bank.java代码如下:

  packagethreadTest;

  /**

  *@authorww

  *

  */

  publicclassBank{

  privatevolatileintcount=0;//账户余额

  //存钱

  publicvoidaddMoney(intmoney){

  count+=money;

  System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);

  }

  //取钱

  publicvoidsubMoney(intmoney){

  if(count-money<0){

  System.out.println("余额不足");

  return;

  }

  count-=money;

  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);

  }

  //查询

  publicvoidlookMoney(){

  System.out.println("账户余额:"+count);

  }

  }

  运行效果怎样呢?

  余额不足

  账户余额:0

  余额不足

  账户余额:100

  1441792010959存进:100

  账户余额:100

  1441792011960取出:100

  账户余额:0

  1441792011961存进:100

  账户余额:100

  是不是又看不懂了,又乱了。这是为什么呢?就是因为volatile不能保证原子操作导致的,因此volatile不能代替synchronized。此外volatile会组织编译器对代码优化,因此能不使用它就不适用它吧。它的原理是每次要线程要访问volatile修饰的变量时都是从内存中读取,而不是存缓存当中读取,因此每个线程访问到的变量值都是一样的。这样就保证了同步。

  (4)使用重入锁实现线程同步

  在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁,它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义,并且扩展了其能力。

  ReenreantLock类的常用方法有:

  ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例

  lock() : 获得锁

  unlock() : 释放锁

  注:ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法,但由于能大幅度降低程序运行效率,不推荐使用

  Bank.java代码修改如下:

  packagethreadTest;

  importjava.util.concurrent.locks.Lock;

  importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

  /**

  *@authorww

  *

  */

  publicclassBank{

  privateintcount=0;//账户余额

  //需要声明这个锁

  privateLocklock=newReentrantLock();

  //存钱

  publicvoidaddMoney(intmoney){

  lock.lock();//上锁

  try{

  count+=money;

  System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);

  }finally{

  lock.unlock();//解锁

  }

  }

  //取钱

  publicvoidsubMoney(intmoney){

  lock.lock();

  try{

  if(count-money<0){

  System.out.println("余额不足");

  return;

  }

  count-=money;

  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);

  }finally{

  lock.unlock();

  }

  }

  //查询

  publicvoidlookMoney(){

  System.out.println("账户余额:"+count);

  }

  }

  运行效果怎么样呢?

  余额不足

  账户余额:0

  余额不足

  账户余额:0

  1441792891934存进:100

  账户余额:100

  1441792892935存进:100

  账户余额:200

  1441792892954取出:100

  账户余额:100

  效果和前两种方法差不多。

  如果synchronized关键字能满足用户的需求,就用synchronized,因为它能简化代码 。如果需要更高级的功能,就用ReentrantLock类,此时要注意及时释放锁,否则会出现死锁,通常在finally代码释放锁

  (5)使用局部变量实现线程同步

  Bank.java代码如下:

  packagethreadTest;

  /**

  *@authorww

  *

  */

  publicclassBank{

  privatestaticThreadLocalcount=newThreadLocal(){

  @Override

  protectedIntegerinitialValue(){

  //TODOAuto-generatedmethodstub

  return0;

  }

  };

  //存钱

  publicvoidaddMoney(intmoney){

  count.set(count.get()+money);

  System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);

  }

  //取钱

  publicvoidsubMoney(intmoney){

  if(count.get()-money<0){

  System.out.println("余额不足");

  return;

  }

  count.set(count.get()-money);

  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);

  }

  //查询

  publicvoidlookMoney(){

  System.out.println("账户余额:"+count.get());

  }

  }

  运行效果:

  余额不足

  账户余额:0

  余额不足

  账户余额:0

  1441794247939存进:100

  账户余额:100

  余额不足

  1441794248940存进:100

  账户余额:0

  账户余额:200

  余额不足

  账户余额:0

  1441794249941存进:100

  账户余额:300

  看了运行效果,一开始一头雾水,怎么只让存,不让取啊?看看ThreadLocal的原理:

  如果使用ThreadLocal管理变量,则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本,副本之间相互独立,这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本,而不会对其他线程产生影响。现在明白了吧,原来每个线程运行的都是一个副本,也就是说存钱和取钱是两个账户,知识名字相同而已。所以就会发生上面的效果。

  ThreadLocal与同步机制

  a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题

  b.前者采用以"空间换时间"的方法,后者采用以"时间换空间"的方式

  现在都明白了吧。各有优劣,各有适用场景。手工,吃饭去了。