Java 多线程同步的五种方法
WileyZqe
7年前
<h2>一、引言</h2> <p>前几天面试，被大师虐残了，好多基础知识必须得重新拿起来啊。闲话不多说，进入正题。</p> <h2>二、为什么要线程同步</h2> <p>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。</p> <h2>三、不同步时的代码</h2> <p>Bank.java</p> <pre> <code class="language-java">package threadTest; /** * @author ww * */ public class Bank { private int count =0;//账户余额 //存钱 public void addMoney(int money){ count +=money; System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money); } //取钱 public void subMoney(int money){ if(count-money < 0){ System.out.println("余额不足"); return; } count -=money; System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); } //查询 public void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } }</code></pre> <p>SyncThreadTest.java</p> <pre> <code class="language-java">package threadTest; public class SyncThreadTest { public static void main(String args[]){ final Bank bank=new Bank(); Thread tadd=new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub while(true){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } bank.addMoney(100); bank.lookMoney(); System.out.println("\n"); } } }); Thread tsub = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub while(true){ bank.subMoney(100); bank.lookMoney(); System.out.println("\n"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } }); tsub.start(); tadd.start(); } }</code></pre> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <h2>四、使用同步时的代码</h2> <h3>（1）同步方法：</h3> <p>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。</p> <p>修改后的Bank.java</p> <pre> <code class="language-java">package threadTest; /** * @author ww * */ public class Bank { private int count =0;//账户余额 //存钱 public synchronized void addMoney(int money){ count +=money; System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money); } //取钱 public synchronized void subMoney(int money){ if(count-money < 0){ System.out.println("余额不足"); return; } count -=money; System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); } //查询 public void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } }</code></pre> <p>再看看运行结果：</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <p>瞬间感觉可以理解了吧。</p> <p>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</p> <h3>（2）同步代码块</h3> <p>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</p> <p>Bank.java代码如下：</p> <pre> <code class="language-java">package threadTest; /** * @author ww * */ public class Bank { private int count =0;//账户余额 //存钱 public void addMoney(int money){ synchronized (this) { count +=money; } System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money); } //取钱 public void subMoney(int money){ 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 public void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } }</code></pre> <p>运行结果如下：</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <p>效果和方法一差不多。</p> <p>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。</p> <h3>（3）使用特殊域变量( <a href="/misc/goto?guid=4958971586558472088" rel="nofollow,noindex">Volatile</a> )实现线程同步</h3> <p>a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制</p> <p>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</p> <p>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</p> <p>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</p> <p>Bank.java代码如下：</p> <pre> <code class="language-java">package threadTest; /** * @author ww * */ public class Bank { private volatile int count = 0;// 账户余额 // 存钱 public void addMoney(int money) { count += money; System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money); } // 取钱 public void subMoney(int money) { if (count - money < 0) { System.out.println("余额不足"); return; } count -= money; System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); } // 查询 public void lookMoney() { System.out.println("账户余额：" + count); } }</code></pre> <p>运行效果怎样呢？</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <p>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。</p> <h3>（4）使用重入锁实现线程同步</h3> <p>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。</p> <p>ReenreantLock类的常用方法有：</p> <p>ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例</p> <p>lock() : 获得锁</p> <p>unlock() : 释放锁</p> <p>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</p> <p>Bank.java代码修改如下：</p> <pre> <code class="language-java">package threadTest; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * @author ww * */ public class Bank { private int count = 0;// 账户余额 //需要声明这个锁 private Lock lock = new ReentrantLock(); // 存钱 public void addMoney(int money) { lock.lock();//上锁 try{ count += money; System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money); }finally{ lock.unlock();//解锁 } } // 取钱 public void subMoney(int money) { 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 public void lookMoney() { System.out.println("账户余额：" + count); } }</code></pre> <p>运行效果怎么样呢？</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <p>效果和前两种方法差不多。</p> <p>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</p> <h3>（5）使用局部变量实现线程同步</h3> <p>Bank.java代码如下：</p> <pre> <code class="language-java">package threadTest; /** * @author ww * */ public class Bank { private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){ @Override protected Integer initialValue() { // TODO Auto-generated method stub return 0; } }; // 存钱 public void addMoney(int money) { count.set(count.get()+money); System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money); } // 取钱 public void subMoney(int money) { 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 public void lookMoney() { System.out.println("账户余额：" + count.get()); } }</code></pre> <p>运行效果：</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <p>看了运行效果，一开始一头雾水，怎么只让存，不让取啊？看看 <a href="/misc/goto?guid=4959627586750407709" rel="nofollow,noindex">ThreadLocal</a> 的原理：</p> <p>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。</p> <p>ThreadLocal与同步机制</p> <p>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</p> <p>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</p> <p>现在都明白了吧。各有优劣，各有适用场景。收工，吃饭去了。</p> <p> </p> <p>来自：http://www.androidchina.net/6443.html</p> <p> </p>