java 多線程的同步幾種方法
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)知識必須得重新拿起來啊。閑話不多說，進(jìn)入正題。
二、為什么要線程同步
因為當(dāng)我們有多個線程要同時訪問一個變量或?qū)ο髸r，如果這些線程中既有讀又有寫操作時，就會導(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。舉個例子，如果一個銀行賬戶同時被兩個線程操作，一個取100塊，一個存錢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發(fā)生，會出現(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.那到底是哪個呢？很難說清楚。因此多線程同步就是要解決這個問題。
三、不同步時的代碼
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();
}
}
代碼很簡單，我就不解釋了，看看運行結(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的每個對象都有一個內(nèi)置鎖，當(dāng)用此關(guān)鍵字修飾方法時，內(nèi)置鎖會保護(hù)整個方法。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，此時如果調(diào)用該靜態(tài)方法，將會鎖住整個類
（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自動被加上內(nèi)置鎖，從而實現(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)該域可能會被其他線程更新c.因此每次使用該域就要重新計算，而不是使用寄存器中的值d.volatile不會提供任何原子操作，它也不能用來修飾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？就是因為volatile不能保證原子操作導(dǎo)致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile會組織編譯器對代碼優(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修飾的變量時都是從內(nèi)存中讀取，而不是存緩存當(dāng)中讀取，因此每個線程訪問到的變量值都是一樣的。這樣就保證了同步。
（4）使用重入鎖實現(xiàn)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(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義，并且擴(kuò)展了其能力。ReenreantLock類的常用方法有：ReentrantLock() : 創(chuàng)建一個ReentrantLock實例lock() : 獲得鎖unlock() : 釋放鎖注：ReentrantLock()還有一個可以創(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，因為它能簡化代碼 。如果需要更高級的功能，就用ReentrantLock類，此時要注意及時釋放鎖，否則會出現(xiàn)死鎖，通常在finally代碼釋放鎖
（5）使用局部變量實現(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，則每一個使用該變量的線程都獲得該變量的副本，副本之間相互獨立，這樣每一個線程都可以隨意修改自己的變量副本，而不會對其他線程產(chǎn)生影響?，F(xiàn)在明白了吧，原來每個線程運行的都是一個副本，也就是說存錢和取錢是兩個賬戶，知識名字相同而已。所以就會發(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”空間換時間”的方法，后者采用以”時間換空間”的方式
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