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Java多线程同步的五种方法

群星纪元
 群星纪元
发布于 2016/10/06 00:20
字数 1905
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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。

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。

余额不足余额不足
账户余额:0

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

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

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);
	}
}

余额不足运行结果如下:

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);
	}
}

余额不足运行效果怎样呢?

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
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,但会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);
	}
}

余额不足运行效果怎么样呢?

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{
 
	privatestaticThreadLocal<Integer>count=newThreadLocal<Integer>(){
	 
		@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());
	}
}

余额不足运行效果:

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

各有优劣,各有适用场景。

 

原文:
Java学习笔记—多线程同步的五种方法

本文转载自:http://www.kuqin.com/shuoit/20150910/347986.html

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