Java 多線程同步的五種方法

時間  2019-11-09
標籤 java 多線程 同步 五種 方法 欄目 Java 简体版
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1、引言

前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎知識必須得從新拿起來啊。閒話很少說，進入正題。html

2、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。java

3、不一樣步時的代碼

Bank.java面試

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private int count =0;//帳戶餘額  

    //存錢  
    public  void addMoney(int money){  
        count +=money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  
    }  

    //取錢  
    public  void subMoney(int money){  
        if(count-money < 0){  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count -=money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
    }  

    //查詢  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("帳戶餘額："+count);  
    }  
}

SyncThreadTest.java緩存

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();  
    }  

}

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。多線程

餘額不足  
帳戶餘額：0  

餘額不足  
帳戶餘額：100  

1441790503354存進：100  
帳戶餘額：100  

1441790504354存進：100  
帳戶餘額：100  

1441790504354取出：100  
帳戶餘額：100  

1441790505355存進：100  
帳戶餘額：100  

1441790505355取出：100  
帳戶餘額：100

4、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。ide

修改後的Bank.java優化

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private int count =0;//帳戶餘額  

    //存錢  
    public  synchronized void addMoney(int money){  
        count +=money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  
    }  

    //取錢  
    public  synchronized void subMoney(int money){  
        if(count-money < 0){  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count -=money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
    }  

    //查詢  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("帳戶餘額："+count);  
    }  
}

再看看運行結果：this

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

瞬間感受能夠理解了吧。spa

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，將會鎖住整個類線程

（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：

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private int count =0;//帳戶餘額  

    //存錢  
    public   void addMoney(int money){  

        synchronized (this) {  
            count +=money;  
        }  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  
    }  

    //取錢  
    public   void subMoney(int money){  

        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  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("帳戶餘額："+count);  
    }  
}

運行結果以下：

餘額不足  
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：

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private volatile int count = 0;// 帳戶餘額  

    // 存錢  
    public void addMoney(int money) {  

        count += money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);  
    }  

    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  

        if (count - money < 0) {  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count -= money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
    }  

    // 查詢  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("帳戶餘額：" + count);  
    }  
}

運行效果怎樣呢？

餘額不足  
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

是否是又看不懂了，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，但因爲能大幅度下降程序運行效率，不推薦使用
Bank.java代碼修改以下：

package threadTest;  

import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private  int count = 0;// 帳戶餘額  

    //須要聲明這個鎖  
    private Lock lock = new ReentrantLock();  

    // 存錢  
    public void addMoney(int money) {  
        lock.lock();//上鎖  
        try{  
        count += money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);  

        }finally{  
            lock.unlock();//解鎖  
        }  
    }  

    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  
        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  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("帳戶餘額：" + count);  
    }  
}

運行效果怎麼樣呢？

餘額不足  
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：

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;  
        }  

    };  

    // 存錢  
    public void addMoney(int money) {  
        count.set(count.get()+money);  
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);  

    }  

    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  
        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  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("帳戶餘額：" + count.get());  
    }  
}

運行效果：

餘額不足  
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

如今都明白了吧。各有優劣，各有適用場景。手工，吃飯去了。

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