java 多線程的同步幾種方法

更新時(shí)間：2017年09月19日 15:52:43 投稿：lqh

這篇文章主要介紹了java 多線程的同步幾種方法的相關(guān)資料,這里提供5種方法，需要的朋友可以參考下

java 多線程的同步幾種方法

一、引言

前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎(chǔ)知識(shí)必須得重新拿起來(lái)啊。閑話不多說，進(jìn)入正題。

二、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。

三、不同步時(shí)的代碼

Bank.java

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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; 
/**
 * Java學(xué)習(xí)交流QQ群：589809992 我們一起學(xué)Java！
 */
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，有寫看不懂。

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

四、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

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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(yǔ)句塊。被該關(guān)鍵字修飾的語(yǔ)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; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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

a.volatile關(guān)鍵字為域變量的訪問提供了一種免鎖機(jī)制b.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c.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d.volatile不會(huì)提供任何原子操作，它也不能用來(lái)修飾final類型的變量

Bank.java代碼如下：

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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適用它吧。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，而不是存緩存當(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(lái)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方法和快具有相同的基本行為和語(yǔ)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 ww 
 * 
 */ 
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)行效果怎么樣呢？

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 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(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 

余額不足 
賬戶余額：0 

1441794247939存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

余額不足 
1441794248940存進(jìn)：100 
賬戶余額：0 

賬戶余額：200 

余額不足 
賬戶余額：0 

1441794249941存進(jìn)：100 
賬戶余額：300

看了運(yùn)行效果，一開始一頭霧水，怎么只讓存，不讓取啊？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(lái)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，知識(shí)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

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