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java多線程之線程同步七種方式代碼示例

 更新時(shí)間:2017年11月07日 16:44:23   作者:和佑  
這篇文章主要介紹了java多線程之線程同步七種方式代碼示例,具有一定參考價(jià)值,需要的朋友可以了解下。

為何要使用同步? 

    java允許多線程并發(fā)控制,當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)操作一個(gè)可共享的資源變量時(shí)(如數(shù)據(jù)的增刪改查),
    將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,相互之間產(chǎn)生沖突,因此加入同步鎖以避免在該線程沒(méi)有完成操作之前,被其他線程的調(diào)用,
    從而保證了該變量的唯一性和準(zhǔn)確性。

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)。
    代碼如: 
    public synchronized void save(){}

   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
    代碼如: 
    synchronized(object){ }

    注:同步是一種高開(kāi)銷的操作,因此應(yīng)該盡量減少同步的內(nèi)容。 

    通常沒(méi)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。 

    代碼實(shí)例:

package com.xhj.thread;
  /**
   * 線程同步的運(yùn)用
   * 
   * @author XIEHEJUN
   * 
   */
  public class SynchronizedThread {
    class Bank {
      private int account = 100;
      public int getAccount() {
        return account;
      }
      /**
       * 用同步方法實(shí)現(xiàn)
       * 
       * @param money
       */
      public synchronized void save(int money) {
        account += money;
      }
      /**
       * 用同步代碼塊實(shí)現(xiàn)
       * 
       * @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 + "賬戶余額為:" + bank.getAccount());
        }
      }
    }
    /**
     * 建立線程,調(diào)用內(nèi)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(shí)現(xiàn)線程同步

    a.volatile關(guān)鍵字為域變量的訪問(wèn)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 

    例如: 

        在上面的例子當(dāng)中,只需在account前面加上volatile修飾,即可實(shí)現(xiàn)線程同步。 

    代碼實(shí)例:

//只給出要修改的代碼,其余代碼與上同
    class Bank {
      //需要同步的變量加上volatile
      private volatile int account = 100;

      public int getAccount() {
        return account;
      }
      //這里不再需要synchronized 
      public void save(int money) {
        account += money;
      }
    }

    注:多線程中的非同步問(wèn)題主要出現(xiàn)在對(duì)域的讀寫上,如果讓域自身避免這個(gè)問(wèn)題,則就不需要修改操作該域的方法。 

    用final域,有鎖保護(hù)的域和volatile域可以避免非同步的問(wèn)題。

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 

    例如: 

        在上面例子的基礎(chǔ)上,改寫后的代碼為: 

    代碼實(shí)例:

//只給出要修改的代碼,其余代碼與上同
    class Bank {
      
      private int account = 100;
      //需要聲明這個(gè)鎖
      private Lock lock = new ReentrantLock();
      public int getAccount() {
        return account;
      }
      //這里不再需要synchronized 
      public void save(int money) {
        lock.lock();
        try{
          account += money;
        }finally{
          lock.unlock();
        }
        
      }
    }

    注:關(guān)于Lock對(duì)象和synchronized關(guān)鍵字的選擇: 

        a.最好兩個(gè)都不用,使用一種java.util.concurrent包提供的機(jī)制, 
           能夠幫助用戶處理所有與鎖相關(guān)的代碼。 
        b.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
        c.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 

    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。

    ThreadLocal 類的常用方法
    ThreadLocal() : 創(chuàng)建一個(gè)線程本地變量
    get() : 返回此線程局部變量的當(dāng)前線程副本中的值
    initialValue() : 返回此線程局部變量的當(dāng)前線程的"初始值"
    set(T value) : 將此線程局部變量的當(dāng)前線程副本中的值設(shè)置為value

    例如: 

        在上面例子基礎(chǔ)上,修改后的代碼為: 

    代碼實(shí)例:

//只改Bank類,其余代碼與上同
    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(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(wèn)沖突問(wèn)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

6.使用阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)線程同步

    前面5種同步方式都是在底層實(shí)現(xiàn)的線程同步,但是我們?cè)趯?shí)際開(kāi)發(fā)當(dāng)中,應(yīng)當(dāng)盡量遠(yuǎn)離底層結(jié)構(gòu)。
    使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包將有助于簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。
    本小節(jié)主要是使用LinkedBlockingQueue<E>來(lái)實(shí)現(xiàn)線程的同步
    LinkedBlockingQueue<E>是一個(gè)基于已連接節(jié)點(diǎn)的,范圍任意的blocking queue。
    隊(duì)列是先進(jìn)先出的順序(FIFO),關(guān)于隊(duì)列以后會(huì)詳細(xì)講解~ 

   LinkedBlockingQueue 類常用方法 

    LinkedBlockingQueue() : 創(chuàng)建一個(gè)容量為Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue
    put(E e) : 在隊(duì)尾添加一個(gè)元素,如果隊(duì)列滿則阻塞
    size() : 返回隊(duì)列中的元素個(gè)數(shù)
    take() : 移除并返回隊(duì)頭元素,如果隊(duì)列空則阻塞 

  代碼實(shí)例: 

實(shí)現(xiàn)商家生產(chǎn)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(duì)列實(shí)現(xiàn)線程同步 LinkedBlockingQueue的使用
 * 
 * @author XIEHEJUN
 * 
 */
public class BlockingSynchronizedThread {
  /**
   * 定義一個(gè)阻塞隊(duì)列用來(lái)存儲(chǔ)生產(chǎn)出來(lái)的商品
   */
  private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
  /**
   * 定義生產(chǎn)商品個(gè)數(shù)
   */
  private static final int size = 10;
  /**
   * 定義啟動(dòng)線程的標(biāo)志,為0時(shí),啟動(dòng)生產(chǎn)商品的線程;為1時(shí),啟動(dòng)消費(fèi)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("啟動(dòng)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(chǎn)商品:" + b + "號(hào)");
          try {
            queue.put(b);
          } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
          }
          System.out.println("倉(cāng)庫(kù)中還有商品:" + queue.size() + "個(gè)");
          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(fèi)者買去了" + n + "號(hào)商品");
          } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
          }
          System.out.println("倉(cāng)庫(kù)中還有商品:" + queue.size() + "個(gè)");
          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(duì)列的常用方法,尤其是三種添加元素的方法,我們要多加注意,當(dāng)隊(duì)列滿時(shí):

  add()方法會(huì)拋出異常
  offer()方法返回false
  put()方法會(huì)阻塞

7.使用原子變量實(shí)現(xiàn)線程同步

需要使用線程同步的根本原因在于對(duì)普通變量的操作不是原子的。

那么什么是原子操作呢?
原子操作就是指將讀取變量值、修改變量值、保存變量值看成一個(gè)整體來(lái)操作
即-這幾種行為要么同時(shí)完成,要么都不完成。

在java的util.concurrent.atomic包中提供了創(chuàng)建了原子類型變量的工具類,使用該類可以簡(jiǎn)化線程同步。
其中AtomicInteger 表可以用原子方式更新int的值,可用在應(yīng)用程序中(如以原子方式增加的計(jì)數(shù)器),
但不能用于替換Integer;可擴(kuò)展Number,允許那些處理機(jī)遇數(shù)字類的工具和實(shí)用工具進(jìn)行統(tǒng)一訪問(wèn)。

AtomicInteger類常用方法:

AtomicInteger(int initialValue) : 創(chuàng)建具有給定初始值的新的AtomicInteger
addAddGet(int dalta) : 以原子方式將給定值與當(dāng)前值相加
get() : 獲取當(dāng)前值

代碼實(shí)例:

只改Bank類,其余代碼與上面第一個(gè)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(bǔ)充--原子操作主要有:

  對(duì)于引用變量和大多數(shù)原始變量(long和double除外)的讀寫操作;
  對(duì)于所有使用volatile修飾的變量(包括long和double)的讀寫操作。

代碼的世界里,你就是上帝。

總結(jié)

以上就是本文關(guān)于java多線程之線程同步七種方式代碼示例的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站:Java多線程饑餓與公平介紹及代碼示例、Java編程之多線程死鎖與線程間通信簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)代碼Java多線程阻塞與喚醒代碼示例等,有什么問(wèn)題可以隨時(shí)留言,小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。感謝朋友們對(duì)本站的支持!

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