Java多線程同步的五種方法

時間  2019-11-13
標籤 java 多線程 同步 五種 方法 欄目 Java 简体版
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爲何要線程同步

由於當咱們有多個線程要同時訪問一個變量或對象時，若是這些線程中既有讀又有寫操做時，就會致使變量值或對象的狀態出現混亂，從而致使程序異常。舉個例子，若是一個銀行帳戶同時被兩個線程操做，一個取100塊，一個存錢100塊。假設帳戶本來有0塊，若是取錢線程和存錢線程同時發生，會出現什麼結果呢？取錢不成功，帳戶餘額是100.取錢成功了，帳戶餘額是0.那究竟是哪一個呢？很難說清楚。所以多線程同步就是要解決這個問題。html

不一樣步時的代碼

Bank.java

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帳戶餘額
	 
	//存錢
	publicvoidaddMoney(intmoney){
		count+=money;
		System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
	}
	 
	//取錢
	publicvoidsubMoney(intmoney){
		if(count-money<0){
			System.out.println("餘額不足");
			return;
		}
		count-=money;
		System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
	}
	 
	//查詢
	publicvoidlookMoney(){
		System.out.println("帳戶餘額："+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();
	}
}


代碼很簡單，我就不解釋了，看看運行結果怎樣呢？截取了其中的一部分，是否是很亂，有寫看不懂。java

餘額不足餘額不足
帳戶餘額：0緩存

帳戶餘額：100多線程

1441790503354存進：100
帳戶餘額：100ide

1441790504354存進：100
帳戶餘額：100學習

1441790504354取出：100
帳戶餘額：100優化

1441790505355存進：100
帳戶餘額：100this

1441790505355取出：100
帳戶餘額：100spa

使用同步時的代碼

1）同步方法：
即有synchronized關鍵字修飾的方法。因爲java的每一個對象都有一個內置鎖，當用此關鍵字修飾方法時，內置鎖會保護整個方法。在調用該方法前，須要得到內置鎖，不然就處於阻塞狀態。線程

修改後的Bank.java

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帳戶餘額
	 
	//存錢
	publicsynchronizedvoidaddMoney(intmoney){
		count+=money;
		System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
	}
	 
	//取錢
	publicsynchronizedvoidsubMoney(intmoney){
		if(count-money<0){
			System.out.println("餘額不足");
			return;
		}
		count-=money;
		System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
	}
	 
	//查詢
	publicvoidlookMoney(){
		System.out.println("帳戶餘額："+count);
	}
}

再看看運行結果：

餘額不足
帳戶餘額：0

餘額不足
帳戶餘額：0

1441790837380存進：100
帳戶餘額：100

1441790838380取出：100
帳戶餘額：0
1441790838380存進：100
帳戶餘額：100

1441790839381取出：100
帳戶餘額：0

注： synchronized關鍵字也能夠修飾靜態方法，此時若是調用該靜態方法，將會鎖住整個類

2）同步代碼塊
即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。被該關鍵字修飾的語句塊會自動被加上內置鎖，從而實現同步

Bank.java代碼以下：

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帳戶餘額
	 
	//存錢
	publicvoidaddMoney(intmoney){
	 
		synchronized(this){
			count+=money;
		}
		System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
	}
	 
	//取錢
	publicvoidsubMoney(intmoney){
	 
		synchronized(this){
			if(count-money<0){
				System.out.println("餘額不足");
				return;
			}
			count-=money;
		}
		System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
	}
	 
	//查詢
	publicvoidlookMoney(){
		System.out.println("帳戶餘額："+count);
	}
}

餘額不足運行結果以下：

帳戶餘額：0

1441791806699存進：100
帳戶餘額：100

1441791806700取出：100
帳戶餘額：0

1441791807699存進：100
帳戶餘額：100
效果和方法一差很少。

注：同步是一種高開銷的操做，所以應該儘可能減小同步的內容。一般沒有必要同步整個方法，使用synchronized代碼塊同步關鍵代碼便可。

3）使用特殊域變量(volatile)實現線程同步
a. volatile關鍵字爲域變量的訪問提供了一種免鎖機制
b. 使用volatile修飾域至關於告訴虛擬機該域可能會被其餘線程更新
c. 所以每次使用該域就要從新計算，而不是使用寄存器中的值
d. volatile不會提供任何原子操做，它也不能用來修飾final類型的變量

Bank.java代碼以下：

packagethreadTest;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privatevolatileintcount=0;//帳戶餘額
	 
	//存錢
	publicvoidaddMoney(intmoney){
	 
		count+=money;
		System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
	}
	 
	//取錢
	publicvoidsubMoney(intmoney){
	 
		if(count-money<0){
			System.out.println("餘額不足");
			return;
		}
		count-=money;
		System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
	}
 
	//查詢
	publicvoidlookMoney(){
		System.out.println("帳戶餘額："+count);
	}
}

餘額不足運行效果怎樣呢？

帳戶餘額：0

餘額不足
帳戶餘額：100

1441792010959存進：100
帳戶餘額：100

1441792011960取出：100
帳戶餘額：0

1441792011961存進：100
帳戶餘額：100
又亂了，這是爲何呢？就是由於volatile不能保證原子操做致使的，所以volatile不能代替synchronized。此外volatile會組織編譯器對代碼優化，所以能不使用它就不適用它吧。它的原理是每次要線程要訪問volatile修飾的變量時都是從內存中讀取，而不是存緩存當中讀取，所以每一個線程訪問到的變量值都是同樣的。這樣就保證了同步。

4）使用重入鎖實現線程同步
在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了Lock接口的鎖，它與使用synchronized方法和快具備相同的基本行爲和語義，而且擴展了其能力。
ReenreantLock類的經常使用方法有：
ReentrantLock() : 建立一個ReentrantLock實例
lock() : 得到鎖
unlock() : 釋放鎖
注：ReentrantLock()還有一個能夠建立公平鎖的構造方法，但會大幅度下降程序運行效率，不推薦使用
Bank.java代碼修改以下：

packagethreadTest;
 
importjava.util.concurrent.locks.Lock;
importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privateintcount=0;//帳戶餘額
	 
	//須要聲明這個鎖
	privateLocklock=newReentrantLock();
	 
	//存錢
	publicvoidaddMoney(intmoney){
		lock.lock();//上鎖
		try{
			count+=money;
			System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
		 
		}finally{
			lock.unlock();//解鎖
		}
	}
	 
	//取錢
	publicvoidsubMoney(intmoney){
		lock.lock();
		try{
		 
			if(count-money<0){
				System.out.println("餘額不足");
				return;
			}
			count-=money;
			System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
		}finally{
			lock.unlock();
		}
	}
	 
	//查詢
	publicvoidlookMoney(){
		System.out.println("帳戶餘額："+count);
	}
}

餘額不足運行效果怎麼樣呢？

帳戶餘額：0

餘額不足
帳戶餘額：0

1441792891934存進：100
帳戶餘額：100

1441792892935存進：100
帳戶餘額：200

1441792892954取出：100
帳戶餘額：100
效果和前兩種方法差很少。

若是synchronized關鍵字能知足用戶的需求，就用synchronized，由於它能簡化代碼 。若是須要更高級的功能，就用ReentrantLock類，此時要注意及時釋放鎖，不然會出現死鎖，一般在finally代碼釋放鎖

5）使用局部變量實現線程同步
Bank.java代碼以下：

packagethreadTest;
 
 
/**
*@authorww
*
*/
publicclassBank{
 
	privatestaticThreadLocal<Integer>count=newThreadLocal<Integer>(){
	 
		@Override
		protectedIntegerinitialValue(){
			//TODOAuto-generatedmethodstub
			return0;
		}
		 
	};
		 
		 
	//存錢
	publicvoidaddMoney(intmoney){
		count.set(count.get()+money);
		System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
		 
	}
		 
	//取錢
	publicvoidsubMoney(intmoney){
		if(count.get()-money<0){
			System.out.println("餘額不足");
			return;
		}
		count.set(count.get()-money);
		System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
	}
		 
	//查詢
	publicvoidlookMoney(){
		System.out.println("帳戶餘額："+count.get());
	}
}

餘額不足運行效果：

帳戶餘額：0

餘額不足
帳戶餘額：0

1441794247939存進：100
帳戶餘額：100

餘額不足
1441794248940存進：100
帳戶餘額：0

帳戶餘額：200

餘額不足
帳戶餘額：0

1441794249941存進：100
帳戶餘額：300


看了運行效果，一開始一頭霧水，怎麼只讓存，不讓取啊？看看ThreadLocal的原理：

若是使用ThreadLocal管理變量，則每個使用該變量的線程都得到該變量的副本，副本之間相互獨立，這樣每個線程均可以隨意修改本身的變量副本，而不會對其餘線程產生影響。如今明白了吧，原來每一個線程運行的都是一個副本，也就是說存錢和取錢是兩個帳戶，知識名字相同而已。因此就會發生上面的效果。

ThreadLocal與同步機制
a. ThreadLocal與同步機制都是爲了解決多線程中相同變量的訪問衝突問題

b. 前者採用以」空間換時間」的方法，後者採用以」時間換空間」的方式

各有優劣，各有適用場景。

 

原文：
Java學習筆記—多線程同步的五種方法

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