前言
爲什麼要使用Java線程同步? Java容許多線程併發控制,當多個線程同時操做一個可共享的資源變量時,將會致使數據不許確,相互之間產生衝突,所以加入同步鎖以免在該線程沒有完成操做以前,被其餘線程的調用,從而保證了該變量的惟一性和準確性。小編這裏總結了一份多線程併發編程的思惟導圖,關注公衆號:麒麟改bug。java
但其併發編程的根本,就是使線程間進行正確的通訊。其中兩個比較重要的關鍵點,以下:面試
線程通訊:重點關注線程同步的幾種方式; 正確通訊:重點關注是否有線程安全問題; Java中提供了不少線程同步操做,好比:synchronized關鍵字、wait/notifyAll、ReentrantLock、Condition、一些併發包下的工具類、Semaphore,ThreadLocal、AbstractQueuedSynchronizer等。本文主要說明一下這幾種同步方式的使用及優劣。編程
1 ReentrantLock可重入鎖
自JDK5開始,新增了Lock接口以及它的一個實現類ReentrantLock。ReentrantLock可重入鎖是J.U.C包內置的一個鎖對象,能夠用來實現同步,基本使用方法以下:安全
`public class ReentrantLockTest {多線程
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void execute() { lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " do something synchronize"); try { Thread.sleep(5000l); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } } finally { lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { ReentrantLockTest reentrantLockTest = new ReentrantLockTest(); Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { [@Override](https://my.oschina.net/u/1162528) public void run() { reentrantLockTest.execute(); } }); Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { [@Override](https://my.oschina.net/u/1162528) public void run() { reentrantLockTest.execute(); } }); thread1.start(); thread2.start(); }
}` 上面例子表示 同一時間段只能有1個線程執行execute方法,輸出以下:併發
Thread-0 do something synchronize // 隔了5秒鐘 輸入下面 Thread-1 do something synchronize
可重入鎖中可重入表示的意義在於 對於同一個線程,能夠繼續調用加鎖的方法,而不會被掛起。可重入鎖內部維護一個計數器,對於同一個線程調用lock方法,計數器+1,調用unlock方法,計數器-1。dom
舉個例子再次說明一下可重入的意思:在一個加鎖方法execute中調用另一個加鎖方法anotherLock並不會被掛起,能夠直接調用(調用execute方法時計數器+1,而後內部又調用了anotherLock方法,計數器+1,變成了2):ide
`public void execute() { lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " do something synchronize"); try { anotherLock(); Thread.sleep(5000l); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } } finally { lock.unlock(); } } public void anotherLock() { lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " invoke anotherLock"); } finally { lock.unlock(); } }` 輸出: `Thread-0 do something synchronize Thread-0 invoke anotherLock // 隔了5秒鐘 輸入下面 Thread-1 do something synchronize Thread-1 invoke anotherLock`
2 synchronized
synchronized跟ReentrantLock同樣,也支持可重入鎖。可是它是 一個關鍵字,是一種語法級別的同步方式,稱爲內置鎖:工具
`public class SynchronizedKeyWordTest {性能
public synchronized void execute() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " do something synchronize"); try { anotherLock(); Thread.sleep(5000l); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } } public synchronized void anotherLock() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " invoke anotherLock"); } public static void main(String[] args) { SynchronizedKeyWordTest reentrantLockTest = new SynchronizedKeyWordTest(); Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { [@Override](https://my.oschina.net/u/1162528) public void run() { reentrantLockTest.execute(); } }); Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { [@Override](https://my.oschina.net/u/1162528) public void run() { reentrantLockTest.execute(); } }); thread1.start(); thread2.start(); }
}` 輸出結果跟ReentrantLock同樣,這個例子說明內置鎖能夠做用在方法上。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。
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。
synchronized跟ReentrantLock相比,有幾點侷限性:
加鎖的時候不能設置超時。ReentrantLock有提供tryLock方法,能夠設置超時時間,若是超過了這個時間而且沒有獲取到鎖,就會放棄,而synchronized卻沒有這種功能; ReentrantLock可使用多個Condition,而synchronized卻只能有1個 不能中斷一個試圖得到鎖的線程; ReentrantLock能夠選擇公平鎖和非公平鎖; ReentrantLock能夠得到正在等待線程的個數,計數器等; 因此,Lock的操做與synchronized相比,靈活性更高,並且Lock提供多種方式獲取鎖,有Lock、ReadWriteLock接口,以及實現這兩個接口的ReentrantLock類、ReentrantReadWriteLock類。
關於Lock對象和synchronized關鍵字選擇的考量:
最好兩個都不用,使用一種java.util.concurrent包提供的機制,可以幫助用戶處理全部與鎖相關的代碼。 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。 在性能考量上來講,若是競爭資源不激烈,二者的性能是差很少的,而當競爭資源很是激烈時(即有大量線程同時競爭),此時Lock的性能要遠遠優於synchronized。因此說,在具體使用時要根據適當狀況選擇。
3 Condition條件對象
Condition條件對象的意義在於 對於一個已經獲取Lock鎖的線程,若是還須要等待其餘條件才能繼續執行的狀況下,纔會使用Condition條件對象。
Condition能夠替代傳統的線程間通訊,用await()替換wait(),用signal()替換notify(),用signalAll()替換notifyAll()。
爲何方法名不直接叫wait()/notify()/nofityAll()?由於Object的這幾個方法是final的,不可重寫!
public class ConditionTest {
public static void main(String[] args) { ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); Condition condition = lock.newCondition(); Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { [@Override](https://my.oschina.net/u/1162528) public void run() { lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " wait for condition"); try { condition.await(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " continue"); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } } finally { lock.unlock(); } } }); Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lock.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep 5 secs"); try { Thread.sleep(5000l); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } condition.signalAll(); } finally { lock.unlock(); } } }); thread1.start(); thread2.start(); }
} 這個例子中thread1執行到condition.await()時,當前線程會被掛起,直到thread2調用了condition.signalAll()方法以後,thread1纔會從新被激活執行。
這裏須要注意的是thread1調用Condition的await方法以後,thread1線程釋放鎖,而後立刻加入到Condition的等待隊列,因爲thread1釋放了鎖,thread2得到鎖並執行,thread2執行signalAll方法以後,Condition中的等待隊列thread1被取出並加入到AQS中,接下來thread2執行完畢以後釋放鎖,因爲thread1已經在AQS的等待隊列中,因此thread1被喚醒,繼續執行。
傳統線程的通訊方式,Condition均可以實現。Condition的強大之處在於它能夠爲多個線程間創建不一樣的Condition。
注意,Condition是被綁定到Lock上的,要建立一個Lock的Condition必須用newCondition()方法。
4 wait¬ify/notifyAll方式
Java線程的狀態轉換圖與相關方法,以下:
在圖中,紅框標識的部分方法,能夠認爲已過期,再也不使用。上圖中的方法可以參與到線程同步中的方法,以下:
1.wait、notify、notifyAll方法:
wait/notifyAll方式跟ReentrantLock/Condition方式的原理是同樣的。 Java中每一個對象都擁有一個內置鎖,在內置鎖中調用wait,notify方法至關於調用鎖的Condition條件對象的await和signalAll方法。
public class WaitNotifyAllTest {
public synchronized void doWait() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " wait for condition"); try { this.wait(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " continue"); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } } public synchronized void doNotify() { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep 5 secs"); Thread.sleep(5000l); this.notifyAll(); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } } public static void main(String[] args) { WaitNotifyAllTest waitNotifyAllTest = new WaitNotifyAllTest(); Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { waitNotifyAllTest.doWait(); } }); Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { waitNotifyAllTest.doNotify(); } }); thread1.start(); thread2.start(); }
} 這裏須要注意的是 調用wait/notifyAll方法的時候必定要得到當前線程的鎖,不然會發生IllegalMonitorStateException異常。
2.線程中通訊可使用的方法。
線程中調用了wait方法,則進入阻塞狀態,只有等另外一個線程調用與wait同一個對象的notify方法。這裏有個特殊的地方,調用wait或者notify,前提是須要獲取鎖,也就是說,須要在同步塊中作以上操做。
3.join方法:
該方法主要做用是在該線程中的run方法結束後,才往下執行。
`package com.thread.simple; public class ThreadJoin { public static void main(String[] args) { Thread thread= new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.err.println("線程"+Thread.currentThread().getId()+" 打印信息"); } }); thread.start();`
try { thread.join(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } System.err.println("主線程打印信息"); }
}
4.yield方法:
線程自己的調度方法,使用時線程能夠在run方法執行完畢時,調用該方法,告知線程已能夠出讓CPU資源。
public class Test1 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new MyThread("低級", 1).start(); new MyThread("中級", 5).start(); new MyThread("高級", 10).start(); } } class MyThread extends Thread { public MyThread(String name, int pro) { super(name);// 設置線程的名稱 this.setPriority(pro);// 設置優先級 } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 30; i++) { System.out.println(this.getName() + "線程第" + i + "次執行!"); if (i % 5 == 0) Thread.yield(); } } }
5.sleep方法: 經過sleep(millis)使線程進入休眠一段時間,該方法在指定的時間內沒法被喚醒,同時也不會釋放對象鎖;
/**
- 能夠明顯看到打印的數字在時間上有些許的間隔 */ public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for(int i=0;i<100;i++){
System.out.println("main"+i);
Thread.sleep(100);
}
}
} sleep方法告訴操做系統 至少在指定時間內不需爲線程調度器爲該線程分配執行時間片,並不釋放鎖(若是當前已經持有鎖)。實際上,調用sleep方法時並不要求持有任何鎖。
因此,sleep方法並不須要持有任何形式的鎖,也就不須要包裹在synchronized中。
5 ThreadLocal
ThreadLocal是一種把變量放到線程本地的方式來實現線程同步的。好比:SimpleDateFormat不是一個線程安全的類,可使用ThreadLocal實現同步,以下:
`public class ThreadLocalTest {
private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() { @Override protected SimpleDateFormat initialValue() { return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); } }; public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { Date date = new Date(); System.out.println(dateFormatThreadLocal.get().format(date)); } }); Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { Date date = new Date(); System.out.println(dateFormatThreadLocal.get().format(date)); } }); thread1.start(); thread2.start(); }
}` ThreadLocal與同步機制的對比選擇:
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。 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。
6 volatile修飾變量
volatile關鍵字爲域變量的訪問提供了一種免鎖機制,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,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,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。
//只給出要修改的代碼,其他代碼與上同 public class Bank { //須要同步的變量加上volatile private volatile int account = 100; public int getAccount() { return account; } //這裏再也不須要synchronized public void save(int money) { account += money; } }
多線程中的非同步問題主要出如今對域的讀寫上,若是讓域自身避免這個問題,則就不須要修改操做該域的方法。用final域,有鎖保護的域和volatile域能夠避免非同步的問題。
7 Semaphore信號量
Semaphore信號量被用於控制特定資源在同一個時間被訪問的個數。相似鏈接池的概念,保證資源能夠被合理的使用。可使用構造器初始化資源個數:
public class SemaphoreTest {
private static Semaphore semaphore = new Semaphore(2); public static void main(String[] args) { for(int i = 0; i < 5; i ++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { semaphore.acquire(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + new Date()); Thread.sleep(5000l); semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); } } }).start(); } }
} 輸出:
Thread-1 Mon Apr 18 18:03:46 CST 2016 Thread-0 Mon Apr 18 18:03:46 CST 2016 Thread-3 Mon Apr 18 18:03:51 CST 2016 Thread-2 Mon Apr 18 18:03:51 CST 2016 Thread-4 Mon Apr 18 18:03:56 CST 2016
8 併發包下的工具類
8.1 CountDownLatch
CountDownLatch是一個計數器,它的構造方法中須要設置一個數值,用來設定計數的次數。每次調用countDown()方法以後,這個計數器都會減去1,CountDownLatch會一直阻塞着調用await()方法的線程,直到計數器的值變爲0。
public class CountDownLatchTest {
public static void main(String[] args) { CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(5); for(int i = 0; i < 5; i ++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + new Date() + " run"); try { Thread.sleep(5000l); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } countDownLatch.countDown(); } }).start(); } try { countDownLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("all thread over"); }
} 輸出:
Thread-2 Mon Apr 18 18:18:30 CST 2016 run Thread-3 Mon Apr 18 18:18:30 CST 2016 run Thread-4 Mon Apr 18 18:18:30 CST 2016 run Thread-0 Mon Apr 18 18:18:30 CST 2016 run Thread-1 Mon Apr 18 18:18:30 CST 2016 run all thread over
8.2 CyclicBarrier
CyclicBarrier阻塞調用的線程,直到條件知足時,阻塞的線程同時被打開。
調用await()方法的時候,這個線程就會被阻塞,當調用await()的線程數量到達屏障數的時候,主線程就會取消全部被阻塞線程的狀態。
在CyclicBarrier的構造方法中,還能夠設置一個barrierAction。在全部的屏障都到達以後,會啓動一個線程來運行這裏面的代碼。
public class CyclicBarrierTest {
public static void main(String[] args) { Random random = new Random(); CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(5); for(int i = 0; i < 5; i ++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { int secs = random.nextInt(5); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + new Date() + " run, sleep " + secs + " secs"); try { Thread.sleep(secs * 1000); cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + new Date() + " runs over"); } }).start(); } }
} 相比CountDownLatch,CyclicBarrier是能夠被循環使用的,並且遇到線程中斷等狀況時,還能夠利用reset()方法,重置計數器,從這些方面來講,CyclicBarrier會比CountDownLatch更加靈活一些。
9 使用原子變量實現線程同步
有時須要使用線程同步的根本緣由在於 對普通變量的操做不是原子的。那麼什麼是原子操做呢?
原子操做就是指將讀取變量值、修改變量值、保存變量值當作一個總體來操做 即-這幾種行爲要麼同時完成,要麼都不完成。
在java.util.concurrent.atomic包中提供了建立原子類型變量的工具類,使用該類能夠簡化線程同步。好比:其中AtomicInteger以原子方式更新int的值:
class Bank { private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
public AtomicInteger getAccount() { return account; } public void save(int money) { account.addAndGet(money); }
}
10 AbstractQueuedSynchronizer
AQS是不少同步工具類的基礎,好比:ReentrantLock裏的公平鎖和非公平鎖,Semaphore裏的公平鎖和非公平鎖,CountDownLatch裏的鎖等他們的底層都是使用AbstractQueuedSynchronizer完成的。
基於AbstractQueuedSynchronizer自定義實現一個獨佔鎖:
public class MySynchronizer extends AbstractQueuedSynchronizer {
@Override protected boolean tryAcquire(int arg) { if(compareAndSetState(0, 1)) { setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } return false; } @Override protected boolean tryRelease(int arg) { setState(0); setExclusiveOwnerThread(null); return true; } public void lock() { acquire(1); } public void unlock() { release(1); } public static void main(String[] args) { MySynchronizer mySynchronizer = new MySynchronizer(); Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { mySynchronizer.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run"); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " will sleep 5 secs"); try { Thread.sleep(5000l); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " continue"); } catch (InterruptedException e) { System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " interrupted"); Thread.currentThread().interrupt(); } } finally { mySynchronizer.unlock(); } } }); Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { mySynchronizer.lock(); try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run"); } finally { mySynchronizer.unlock(); } } }); thread1.start(); thread2.start(); }
}
11 使用阻塞隊列實現線程同步
前面幾種同步方式都是基於底層實現的線程同步,可是在實際開發當中,應當儘可能遠離底層結構。本節主要是使用LinkedBlockingQueue來實現線程的同步。
LinkedBlockingQueue是一個基於鏈表的隊列,先進先出的順序(FIFO),範圍任意的blocking queue。
package com.xhj.thread;
import java.util.Random; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
/**
- 用阻塞隊列實現線程同步 LinkedBlockingQueue的使用 / public class BlockingSynchronizedThread { /*
- 定義一個阻塞隊列用來存儲生產出來的商品 / private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>(); /*
- 定義生產商品個數 / private static final int size = 10; /*
- 定義啓動線程的標誌,爲0時,啓動生產商品的線程;爲1時,啓動消費商品的線程 */
package com.xhj.thread; import java.util.Random; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; /** * 用阻塞隊列實現線程同步 LinkedBlockingQueue的使用 */ public class BlockingSynchronizedThread { /** * 定義一個阻塞隊列用來存儲生產出來的商品 */ private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>(); /** * 定義生產商品個數 */ private static final int size = 10; /** * 定義啓動線程的標誌,爲0時,啓動生產商品的線程;爲1時,啓動消費商品的線程 */ private int flag = 0; private class LinkBlockThread implements Runnable { @Override public void run() { int new_flag = flag++; System.out.println("啓動線程 " + new_flag); if (new_flag == 0) { for (int i = 0; i < size; i++) { int b = new Random().nextInt(255); System.out.println("生產商品:" + b + "號"); try { queue.put(b); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } System.out.println("倉庫中還有商品:" + queue.size() + "個"); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } else { for (int i = 0; i < size / 2; i++) { try { int n = queue.take(); System.out.println("消費者買去了" + n + "號商品"); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } System.out.println("倉庫中還有商品:" + queue.size() + "個"); try { Thread.sleep(100); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } } } } } public static void main(String[] args) { BlockingSynchronizedThread bst = new BlockingSynchronizedThread(); LinkBlockThread lbt = bst.new LinkBlockThread(); Thread thread1 = new Thread(lbt); Thread thread2 = new Thread(lbt); thread1.start(); thread2.start(); } }
文章到這裏就結束了
喜歡小編分享的技術文章能夠點贊關注哦!小編這邊整理了一些Java核心知識技術280多頁的資料集錦,2020最新總結的面試集錦資料關注公衆號:麒麟改bug。