關於線程同步（7種同步方式）

時間  2019-11-11
標籤 關於 線程 同步 方式 简体版
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爲什麼要使用同步？ 

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（如數據的增刪改查）， html

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。 java

1.同步方法 

即有synchronized關鍵字修飾的方法。 多線程

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， 併發

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。dom

代碼如： ide

public synchronized void save(){}

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 工具

2.同步代碼塊

即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。 this

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atom

代碼如： 
spa

synchronized(object){ }

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。 

package com.xhj.thread;

    /**
     * 線程同步的運用
     * 
     * @author XIEHEJUN
     * 
     */
    public class SynchronizedThread {

        class Bank {

            private int account = 100;

            public int getAccount() {
                return account;
            }

            /**
             * 用同步方法實現
             * 
             * @param money
             */
            public synchronized void save(int money) {
                account += money;
            }

            /**
             * 用同步代碼塊實現
             * 
             * @param money
             */
            public void save1(int money) {
                synchronized (this) {
                    account += money;
                }
            }
        }

        class NewThread implements Runnable {
            private Bank bank;

            public NewThread(Bank bank) {
                this.bank = bank;
            }

            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10; i++) {
                    // bank.save1(10);
                    bank.save(10);
                    System.out.println(i + "帳戶餘額爲：" + bank.getAccount());
                }
            }

        }

        /**
         * 創建線程，調用內部類
         */
        public void useThread() {
            Bank bank = new Bank();
            NewThread new_thread = new NewThread(bank);
            System.out.println("線程1");
            Thread thread1 = new Thread(new_thread);
            thread1.start();
            System.out.println("線程2");
            Thread thread2 = new Thread(new_thread);
            thread2.start();
        }

        public static void main(String[] args) {
            SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
            st.useThread();
        }

    }

3.使用特殊域變量(volatile)實現線程同步

  •  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 

 例如： 在上面的例子當中，只需在account前面加上volatile修飾，便可實現線程同步。 

代碼實例： 

//只給出要修改的代碼，其他代碼與上同
        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;
            }
        ｝

注：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。  

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 

例如： 在上面例子的基礎上，改寫後的代碼爲: 代碼實例： 

//只給出要修改的代碼，其他代碼與上同
        class Bank {
            
            private int account = 100;
            //須要聲明這個鎖
            private Lock lock = new ReentrantLock();
            public int getAccount() {
                return account;
            }
            //這裏再也不須要synchronized 
            public void save(int money) {
                lock.lock();
                try{
                    account += money;
                }finally{
                    lock.unlock();
                }
                
            }
        ｝

注：關於Lock對象和synchronized關鍵字的選擇： 

  • 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 　　

5.使用局部變量實現線程同步    

 

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。

ThreadLocal 類的經常使用方法

  • ThreadLocal() : 建立一個線程本地變量 
  • get() : 返回此線程局部變量的當前線程副本中的值 
  • initialValue() : 返回此線程局部變量的當前線程的"初始值" 
  • set(T value) : 將此線程局部變量的當前線程副本中的值設置爲value

例如： 
在上面例子基礎上，修改後的代碼爲： 
代碼實例： 

//只改Bank類，其他代碼與上同
        public class Bank{
            //使用ThreadLocal類管理共享變量account
            private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
                @Override
                protected Integer initialValue(){
                    return 100;
                }
            };
            public void save(int money){
                account.set(account.get()+money);
            }
            public int getAccount(){
                return account.get();
            }
        }

注：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

6.使用阻塞隊列實現線程同步

前面5種同步方式都是在底層實現的線程同步，可是咱們在實際開發當中，應當儘可能遠離底層結構。 
使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包將有助於簡化開發。 
本小節主要是使用LinkedBlockingQueue<E>來實現線程的同步 
LinkedBlockingQueue<E>是一個基於已鏈接節點的，範圍任意的blocking queue。 
隊列是先進先出的順序（FIFO），關於隊列之後會詳細講解~ 

LinkedBlockingQueue 類經常使用方法

  • LinkedBlockingQueue() : 建立一個容量爲Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue 
  • put(E e) : 在隊尾添加一個元素，若是隊列滿則阻塞 
  • size() : 返回隊列中的元素個數 
  • take() : 移除並返回隊頭元素，若是隊列空則阻塞 

代碼實例：
實現商家生產商品和買賣商品的同步

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
 * 
 * @author XIEHEJUN
 * 
 */
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();

    }

}

注：BlockingQueue<E>定義了阻塞隊列的經常使用方法，尤爲是三種添加元素的方法，咱們要多加註意，當隊列滿時：

  • add()方法會拋出異常
  • offer()方法返回false
  • put()方法會阻塞

7.使用原子變量實現線程同步

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的util.concurrent.atomic包中提供了建立了原子類型變量的工具類，
使用該類能夠簡化線程同步。

其中AtomicInteger 表能夠用原子方式更新int的值，可用在應用程序中(如以原子方式增長的計數器)，
但不能用於替換Integer；可擴展Number，容許那些處理機遇數字類的工具和實用工具進行統一訪問。

AtomicInteger類經常使用方法：

  • AtomicInteger(int initialValue) : 建立具備給定初始值的新的AtomicInteger
  • addAddGet(int dalta) : 以原子方式將給定值與當前值相加
  • get() : 獲取當前值


代碼實例：
只改Bank類，其他代碼與上面第一個例子同

class Bank {
        private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);

        public AtomicInteger getAccount() {
            return account;
        }

        public void save(int money) {
            account.addAndGet(money);
        }
    }

補充--原子操做主要有：

  • 對於引用變量和大多數原始變量(long和double除外)的讀寫操做；
  • 對於全部使用volatile修飾的變量(包括long和double)的讀寫操做。

摘自：http://www.cnblogs.com/XHJT/p/3897440.html

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