Java實(shí)現(xiàn)多線程同步五種方法詳解
一、為什么要線程同步
因?yàn)楫?dāng)我們有多個(gè)線程要同時(shí)訪問一個(gè)變量或?qū)ο髸r(shí)，如果這些線程中既有讀又有寫操作時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致變量值或?qū)ο蟮臓顟B(tài)出現(xiàn)混亂，從而導(dǎo)致程序異常。舉個(gè)例子，如果一個(gè)銀行賬戶同時(shí)被兩個(gè)線程操作，一個(gè)取100塊，一個(gè)存錢100塊。假設(shè)賬戶原本有0塊，如果取錢線程和存錢線程同時(shí)發(fā)生，會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？取錢不成功，賬戶余額是100.取錢成功了，賬戶余額是0.那到底是哪個(gè)呢？很難說清楚。因此多線程同步就是要解決這個(gè)問題。
二、不同步時(shí)的代碼
Bank.java
package threadTest;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count =0;//賬戶余額
//存錢
public void addMoney(int money){
count +=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進(jìn)："+money);
}
//取錢
public void subMoney(int money){
if(count-money < 0){
System.out.println("余額不足");
return;
}
count -=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查詢
public void lookMoney(){
System.out.println("賬戶余額："+count);
}
}
SyncThreadTest.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();
}
}
代碼很簡(jiǎn)單，我就不解釋了，看看運(yùn)行結(jié)果怎樣呢？截取了其中的一部分，是不是很亂，有些看不懂。
余額不足 賬戶余額：0 余額不足 賬戶余額：100 1441790503354存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441790504354存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441790504354取出：100 賬戶余額：100 1441790505355存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441790505355取出：100 賬戶余額：100
三、使用同步時(shí)的代碼
1、同步方法
即有synchronized關(guān)鍵字修飾的方法。 由于java的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)內(nèi)置鎖，當(dāng)用此關(guān)鍵字修飾方法時(shí)，內(nèi)置鎖會(huì)保護(hù)整個(gè)方法。在調(diào)用該方法前，需要獲得內(nèi)置鎖，否則就處于阻塞狀態(tài)。
修改后的Bank.java
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count =0;//賬戶余額
//存錢
public synchronized void addMoney(int money){
count +=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進(jìn)："+money);
}
//取錢
public synchronized void subMoney(int money){
if(count-money < 0){
System.out.println("余額不足");
return;
}
count -=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查詢
public void lookMoney(){
System.out.println("賬戶余額："+count);
}
}
再看看運(yùn)行結(jié)果：
余額不足 賬戶余額：0 余額不足 賬戶余額：0 1441790837380存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441790838380取出：100 賬戶余額：0 1441790838380存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441790839381取出：100 賬戶余額：0
瞬間感覺可以理解了吧。
注： synchronized關(guān)鍵字也可以修飾靜態(tài)方法，此時(shí)如果調(diào)用該靜態(tài)方法，將會(huì)鎖住整個(gè)類。
2、同步代碼塊
即有synchronized關(guān)鍵字修飾的語句塊。被該關(guān)鍵字修飾的語句塊會(huì)自動(dòng)被加上內(nèi)置鎖，從而實(shí)現(xiàn)同步。
Bank.java代碼如下：
package threadTest;
package threadTest;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count =0;//賬戶余額
//存錢
public void addMoney(int money){
synchronized (this) {
count +=money;
}
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進(jìn)："+money);
}
//取錢
public void subMoney(int money){
synchronized (this) {
if(count-money < 0){
System.out.println("余額不足");
return;
}
count -=money;
}
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查詢
public void lookMoney(){
System.out.println("賬戶余額："+count);
}
}
運(yùn)行結(jié)果如下：
余額不足 賬戶余額：0 1441791806699存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441791806700取出：100 賬戶余額：0 1441791807699存進(jìn)：100 賬戶余額：100
效果和方法一差不多。
注：同步是一種高開銷的操作，因此應(yīng)該盡量減少同步的內(nèi)容。通常沒有必要同步整個(gè)方法，使用synchronized代碼塊同步關(guān)鍵代碼即可。
3、使用特殊域變量(volatile)實(shí)現(xiàn)線程同步
（1）volatile關(guān)鍵字為域變量的訪問提供了一種免鎖機(jī)制；
（2）使用volatile修飾域相當(dāng)于告訴虛擬機(jī)該域可能會(huì)被其他線程更新；
（3）因此每次使用該域就要重新計(jì)算，而不是使用寄存器中的值；
（4）volatile不會(huì)提供任何原子操作，它也不能用來修飾final類型的變量。
Bank.java代碼如下：
package threadTest;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private volatile int count = 0;// 賬戶余額
// 存錢
public void addMoney(int money) {
count += money;
System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進(jìn)：" + money);
}
// 取錢
public void subMoney(int money) {
if (count - money < 0) {
System.out.println("余額不足");
return;
}
count -= money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
}
// 查詢
public void lookMoney() {
System.out.println("賬戶余額：" + count);
}
}
運(yùn)行效果怎樣呢？
余額不足 賬戶余額：0 余額不足 賬戶余額：100 1441792010959存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441792011960取出：100 賬戶余額：0 1441792011961存進(jìn)：100 賬戶余額：100
是不是又看不懂了，又亂了。這是為什么呢？就是因?yàn)関olatile不能保證原子操作導(dǎo)致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile會(huì)組織編譯器對(duì)代碼優(yōu)化，因此能不使用它就不使用它吧。它的原理是每次要線程要訪問volatile修飾的變量時(shí)都是從內(nèi)存中讀取，而不是從緩存當(dāng)中讀取，因此每個(gè)線程訪問到的變量值都是一樣的。這樣就保證了同步。
4、使用重入鎖實(shí)現(xiàn)線程同步
在JavaSE5.0中新增了一個(gè)java.util.concurrent包來支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實(shí)現(xiàn)了Lock接口的鎖， 它與使用synchronized方法和塊具有相同的基本行為和語義，并且擴(kuò)展了其能力。
ReenreantLock類的常用方法有：
- ReentrantLock() ：創(chuàng)建一個(gè)ReentrantLock實(shí)例
- lock() ：獲得鎖
- unlock() ：釋放鎖
注：ReentrantLock()還有一個(gè)可以創(chuàng)建公平鎖的構(gòu)造方法，但由于能大幅度降低程序運(yùn)行效率，不推薦使用。
Bank.java代碼修改如下：
package threadTest;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count = 0;// 賬戶余額
//需要聲明這個(gè)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(jìn)：" + money);
}finally{
lock.unlock();//解鎖
}
}
// 取錢
public void subMoney(int money) {
lock.lock();
try{
if (count - money < 0) {
System.out.println("余額不足");
return;
}
count -= money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
}finally{
lock.unlock();
}
}
// 查詢
public void lookMoney() {
System.out.println("賬戶余額：" + count);
}
}
運(yùn)行效果怎樣呢？
余額不足 賬戶余額：0 余額不足 賬戶余額：0 1441792891934存進(jìn)：100 賬戶余額：100 1441792892935存進(jìn)：100 賬戶余額：200 1441792892954取出：100 賬戶余額：100
效果和前兩種方法差不多。
如果synchronized關(guān)鍵字能滿足用戶的需求，就用synchronized，因?yàn)樗芎?jiǎn)化代碼 。如果需要更高級(jí)的功能，就用ReentrantLock類，此時(shí)要注意及時(shí)釋放鎖，否則會(huì)出現(xiàn)死鎖，通常在finally代碼釋放鎖。
5、使用局部變量實(shí)現(xiàn)線程同步
Bank.java代碼如下：
package com.demo.test;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
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(jìn)：" + money);
}
// 取錢
public void subMoney(int money) {
if (count.get() - money < 0) {
System.out.println("余額不足");
return;
}
count.set(count.get()- money);
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
}
// 查詢
public void lookMoney() {
System.out.println("賬戶余額：" + count.get());
}
}
運(yùn)行效果：
余額不足 賬戶余額：0 1511166594460存進(jìn)：100 賬戶余額：200 余額不足 賬戶余額：0 1511166595460存進(jìn)：100 賬戶余額：300 余額不足 賬戶余額：0 1511166596460存進(jìn)：100 賬戶余額：400
看了運(yùn)行效果，一開始一頭霧水，怎么只讓存，不讓取??？看看ThreadLocal的原理：
如果使用ThreadLocal管理變量，則每一個(gè)使用該變量的線程都獲得該變量的副本，副本之間相互獨(dú)立，這樣每一個(gè)線程都可以隨意修改自己的變量副本，而不會(huì)對(duì)其他線程產(chǎn)生影響。現(xiàn)在明白了吧，原來每個(gè)線程運(yùn)行的都是一個(gè)副本，也就是說存錢和取錢是兩個(gè)賬戶，只是名字相同而已。所以就會(huì)發(fā)生上面的效果。
ThreadLocal與同步機(jī)制
a.ThreadLocal與同步機(jī)制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題；
b.前者采用以”空間換時(shí)間”的方法，后者采用以”時(shí)間換空間”的方式。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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