Java多线程同步的五种方法

时间  2019-11-13
标签 java 多线程 同步 五种 方法 栏目 Java 繁體版
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为何要线程同步

由于当咱们有多个线程要同时访问一个变量或对象时，若是这些线程中既有读又有写操做时，就会致使变量值或对象的状态出现混乱，从而致使程序异常。举个例子，若是一个银行帐户同时被两个线程操做，一个取100块，一个存钱100块。假设帐户本来有0块，若是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，帐户余额是100.取钱成功了，帐户余额是0.那究竟是哪一个呢？很难说清楚。所以多线程同步就是要解决这个问题。html

不一样步时的代码

Bank.java

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帐户余额
	 
	//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("帐户余额："+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，是否是很乱，有写看不懂。java

余额不足余额不足
帐户余额：0缓存

帐户余额：100多线程

1441790503354存进：100
帐户余额：100ide

1441790504354存进：100
帐户余额：100学习

1441790504354取出：100
帐户余额：100优化

1441790505355存进：100
帐户余额：100this

1441790505355取出：100
帐户余额：100spa

使用同步时的代码

1）同步方法：
即有synchronized关键字修饰的方法。因为java的每一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，须要得到内置锁，不然就处于阻塞状态。线程

修改后的Bank.java

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帐户余额
	 
	//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("帐户余额："+count);
	}
}

再看看运行结果：

余额不足
帐户余额：0

余额不足
帐户余额：0

1441790837380存进：100
帐户余额：100

1441790838380取出：100
帐户余额：0
1441790838380存进：100
帐户余额：100

1441790839381取出：100
帐户余额：0

注： synchronized关键字也能够修饰静态方法，此时若是调用该静态方法，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代码以下：

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帐户余额
	 
	//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("帐户余额："+count);
	}
}

余额不足运行结果以下：

帐户余额：0

1441791806699存进：100
帐户余额：100

1441791806700取出：100
帐户余额：0

1441791807699存进：100
帐户余额：100
效果和方法一差很少。

注：同步是一种高开销的操做，所以应该尽可能减小同步的内容。一般没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码便可。

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修饰域至关于告诉虚拟机该域可能会被其余线程更新
c. 所以每次使用该域就要从新计算，而不是使用寄存器中的值
d. volatile不会提供任何原子操做，它也不能用来修饰final类型的变量

Bank.java代码以下：

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privatevolatileintcount=0;//帐户余额
	 
	//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("帐户余额："+count);
	}
}

余额不足运行效果怎样呢？

帐户余额：0

余额不足
帐户余额：100

1441792010959存进：100
帐户余额：100

1441792011960取出：100
帐户余额：0

1441792011961存进：100
帐户余额：100
又乱了，这是为何呢？就是由于volatile不能保证原子操做致使的，所以volatile不能代替synchronized。此外volatile会组织编译器对代码优化，所以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，所以每一个线程访问到的变量值都是同样的。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方法和快具备相同的基本行为和语义，而且扩展了其能力。
ReenreantLock类的经常使用方法有：
ReentrantLock() : 建立一个ReentrantLock实例
lock() : 得到锁
unlock() : 释放锁
注：ReentrantLock()还有一个能够建立公平锁的构造方法，但会大幅度下降程序运行效率，不推荐使用
Bank.java代码修改以下：

packagethreadTest;
 
importjava.util.concurrent.locks.Lock;
importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帐户余额
	 
	//须要声明这个锁
	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("帐户余额："+count);
	}
}

余额不足运行效果怎么样呢？

帐户余额：0

余额不足
帐户余额：0

1441792891934存进：100
帐户余额：100

1441792892935存进：100
帐户余额：200

1441792892954取出：100
帐户余额：100
效果和前两种方法差很少。

若是synchronized关键字能知足用户的需求，就用synchronized，由于它能简化代码 。若是须要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，不然会出现死锁，一般在finally代码释放锁

5）使用局部变量实现线程同步
Bank.java代码以下：

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("帐户余额："+count.get());
	}
}

余额不足运行效果：

帐户余额：0

余额不足
帐户余额：0

1441794247939存进：100
帐户余额：100

余额不足
1441794248940存进：100
帐户余额：0

帐户余额：200

余额不足
帐户余额：0

1441794249941存进：100
帐户余额：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：

若是使用ThreadLocal管理变量，则每个使用该变量的线程都得到该变量的副本，副本之间相互独立，这样每个线程均可以随意修改本身的变量副本，而不会对其余线程产生影响。如今明白了吧，原来每一个线程运行的都是一个副本，也就是说存钱和取钱是两个帐户，知识名字相同而已。因此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

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