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Java線程同步方法實(shí)例總結(jié)

 更新時(shí)間:2018年08月27日 11:08:28   作者:喜歡特別冷的冬天下著雪  
這篇文章主要介紹了Java線程同步方法,結(jié)合實(shí)例形式總結(jié)分析了Java線程同步、并發(fā)控制相關(guān)實(shí)現(xiàn)方法及操作注意事項(xiàng),需要的朋友可以參考下

本文實(shí)例講述了Java線程同步方法。分享給大家供大家參考,具體如下:

1. Semaphore

1.1 二進(jìn)制Semaphore

Semaphore算是比較高級(jí)點(diǎn)的線程同步工具了,在許多其他語言里也有類似的實(shí)現(xiàn)。Semaphore有一個(gè)最大的好處就是在初始化時(shí),可以顯式的控制并發(fā)數(shù)。其內(nèi)部維護(hù)這一個(gè)c計(jì)數(shù)器,當(dāng)計(jì)數(shù)器小于等于0時(shí),是不允許其他線程訪問并發(fā)區(qū)域的,反之則可以,因此,若將并發(fā)數(shù)設(shè)置為1,則可以確保單一線程同步。下面的例子模擬多線程打印,每個(gè)線程提交打印申請(qǐng),然后執(zhí)行打印,最后宣布打印結(jié)束,代碼如下:

import java.util.concurrent.Semaphore;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        PrintQueue p=new PrintQueue();
        Thread[] ths=new Thread[10];
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i]=new Thread(new Job(p),"Thread"+i);
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i].start();
        }
    }
}
class PrintQueue{
    private Semaphore s;
    public PrintQueue(){
        s=new Semaphore(1);//二進(jìn)制信號(hào)量
    }
    public void printJob(Object document){
        try{
            s.acquire();
            long duration=(long)(Math.random()*100);
            System.out.printf("線程名:%s 睡眠:%d",Thread.currentThread().getName(),duration);
            Thread.sleep(duration);
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            s.release();
        }
    }
}
class Job implements Runnable{
    private PrintQueue p;
    public Job(PrintQueue p){
        this.p=p;
    }
    @Override
    public void run(){
        System.out.printf("%s:正在打印一個(gè)任務(wù)\n ",Thread.currentThread().getName());
        this.p.printJob(new Object());
        System.out.printf("%s:文件已打印完畢\n ",Thread.currentThread().getName());
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下:

 Thread0:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread9:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread8:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread7:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread6:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread5:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread4:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread3:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread2:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread1:正在打印一個(gè)任務(wù)
 線程名:Thread0 睡眠:32  Thread0:文件已打印完畢
 線程名:Thread9 睡眠:44  Thread9:文件已打印完畢
 線程名:Thread8 睡眠:45  Thread8:文件已打印完畢
 線程名:Thread7 睡眠:65  Thread7:文件已打印完畢
 線程名:Thread6 睡眠:12  Thread6:文件已打印完畢
 線程名:Thread5 睡眠:72  Thread5:文件已打印完畢
 線程名:Thread4 睡眠:98  Thread4:文件已打印完畢
 線程名:Thread3 睡眠:58  Thread3:文件已打印完畢
 線程名:Thread2 睡眠:24  Thread2:文件已打印完畢
 線程名:Thread1 睡眠:93  Thread1:文件已打印完畢

可以看到,所有線程提交打印申請(qǐng)后,按照并發(fā)順序一次執(zhí)行,沒有任何并發(fā)沖突,誰先獲得信號(hào)量,誰就先執(zhí)行,其他剩余線程均等待。這里面還有一個(gè)公平信號(hào)與非公平信號(hào)之說:基本上java所有的多線程工具都支持初始化的時(shí)候指定一個(gè)布爾變量,true時(shí)表明公平,即所有處于等待的線程被篩選的條件為“誰等的時(shí)間長(zhǎng)就選誰進(jìn)行執(zhí)行”,有點(diǎn)first in first out的感覺,而false時(shí)則表明不公平(默認(rèn)是不non-fairness),即所有處于等待的線程被篩選執(zhí)行是隨機(jī)的。這也就是為什么多線程往往執(zhí)行順序比較混亂的原因。

1.2 多重并發(fā)控制

若將上面的代碼改為s=new Semaphore(3);//即讓其每次可以并發(fā)3條線程,則輸出如下:

Thread0:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread9:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread8:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread7:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread6:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread5:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread3:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread4:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread2:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread1:正在打印一個(gè)任務(wù)
 線程名:Thread9 睡眠:26線程名:Thread8 睡眠:46線程名:Thread0 睡眠:79  Thread9:文件已打印完畢
 線程名:Thread7 睡眠:35  Thread8:文件已打印完畢
 線程名:Thread6 睡眠:90  Thread7:文件已打印完畢
 線程名:Thread5 睡眠:40  Thread0:文件已打印完畢
 線程名:Thread3 睡眠:84  Thread5:文件已打印完畢
 線程名:Thread4 睡眠:13  Thread4:文件已打印完畢
 線程名:Thread2 睡眠:77  Thread6:文件已打印完畢
 線程名:Thread1 睡眠:12  Thread1:文件已打印完畢
   Thread3:文件已打印完畢
   Thread2:文件已打印完畢

很明顯已經(jīng)并發(fā)沖突了。若要實(shí)現(xiàn)分組(每組3個(gè))并發(fā)嗎,則每一組也要進(jìn)行同步,代碼修改如下:

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        PrintQueue p=new PrintQueue();
        Thread[] ths=new Thread[10];
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i]=new Thread(new Job(p),"Thread"+i);
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i].start();
        }
    }
}
class PrintQueue{
    private Semaphore s;
    private boolean[] freePrinters;
    private Lock lock;
    public PrintQueue(){
        s=new Semaphore(3);//二進(jìn)制信號(hào)量
        freePrinters=new boolean[3];
        for(int i=0;i<3;i++){
            freePrinters[i]=true;
        }
        lock=new ReentrantLock();
    }
    public void printJob(Object document){
        try{
            s.acquire();
            int printerIndex=getIndex();
                long duration=(long)(Math.random()*100);
                System.out.printf("線程名:%s 睡眠:%d\n",Thread.currentThread().getName(),duration);
                Thread.sleep(duration);
                freePrinters[printerIndex]=true;//恢復(fù)信號(hào),供下次使用
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            s.release();
        }
    }
    //返回一個(gè)內(nèi)部分組后的同步索引
    public int getIndex(){
        int index=-1;
        try{
            lock.lock();
            for(int i=0;i<freePrinters.length;i++){
                if(freePrinters[i]){
                    freePrinters[i]=false;
                    index=i;
                    break;
                }
            }
     }
     catch(Exception e){
         e.printStackTrace();
     }
     finally{
         lock.unlock();
     }
     return index;
    }
}
class Job implements Runnable{
    private PrintQueue p;
    public Job(PrintQueue p){
        this.p=p;
    }
    @Override
    public void run(){
        System.out.printf("%s:正在打印一個(gè)任務(wù)\n ",Thread.currentThread().getName());
        this.p.printJob(new Object());
        System.out.printf(" %s:文件已打印完畢\n ",Thread.currentThread().getName());
    }
}

其中getIndex()方法主要為了維護(hù)內(nèi)部分組后(支持并發(fā)3個(gè))組內(nèi)數(shù)據(jù)的同步(用lock來同步)。

輸出如下:

 Thread0:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread9:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread8:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread7:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread6:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread5:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread4:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread3:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread2:正在打印一個(gè)任務(wù)
 Thread1:正在打印一個(gè)任務(wù)
 線程名:Thread0 睡眠:82  打印機(jī):0號(hào)
線程名:Thread8 睡眠:61  打印機(jī):2號(hào)
線程名:Thread9 睡眠:19  打印機(jī):1號(hào)
  Thread9:文件已打印完畢
 線程名:Thread7 睡眠:82  打印機(jī):1號(hào)
  Thread8:文件已打印完畢
 線程名:Thread6 睡眠:26  打印機(jī):2號(hào)
  Thread0:文件已打印完畢
 線程名:Thread5 睡眠:31  打印機(jī):0號(hào)
  Thread6:文件已打印完畢
 線程名:Thread4 睡眠:44  打印機(jī):2號(hào)
  Thread7:文件已打印完畢
 線程名:Thread3 睡眠:54  打印機(jī):1號(hào)
  Thread5:文件已打印完畢
 線程名:Thread2 睡眠:48  打印機(jī):0號(hào)
  Thread4:文件已打印完畢
 線程名:Thread1 睡眠:34  打印機(jī):2號(hào)
  Thread3:文件已打印完畢
   Thread2:文件已打印完畢
   Thread1:文件已打印完畢

2. CountDownLatch

CountDownLatch同樣也是支持多任務(wù)并發(fā)的一個(gè)工具。它主要用于“等待多個(gè)并發(fā)事件”,它內(nèi)部也有一個(gè)計(jì)數(shù)器,當(dāng)調(diào)用await()方法時(shí),線程處于等待狀態(tài),只有當(dāng)內(nèi)部計(jì)數(shù)器為0時(shí)才繼續(xù)(countDown()方法來減少計(jì)數(shù)),也就說,假若有一個(gè)需求是這樣的:主線程等待所有子線程都到達(dá)某一條件時(shí)才執(zhí)行,那么只需要主線程await,然后在啟動(dòng)每個(gè)子線程的時(shí)候進(jìn)行countDown操作。下面模擬了一個(gè)開會(huì)的例子,只有當(dāng)所有人員都到齊了,會(huì)議才能開始。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        //開啟可容納10人的會(huì)議室
        VideoConference v=new VideoConference(10);
        new Thread(v).start();
        //參與人員陸續(xù)進(jìn)場(chǎng)
        for(int i=0;i<10;i++){
            Participant p=new Participant(i+"號(hào)人員",v);
            new Thread(p).start();
        }
    }
}
class VideoConference implements Runnable{
    private CountDownLatch controller;
    public VideoConference(int num){
        controller=new CountDownLatch(num);
    }
    public void arrive(String name){
        System.out.printf("%s 已經(jīng)到達(dá)!\n",name);
        controller.countDown();
        System.out.printf("還需要等 %d 個(gè)成員!\n",controller.getCount());
    }
    @Override
    public void run(){
        try{
            System.out.printf("會(huì)議正在初始化...!\n");
            controller.await();
            System.out.printf("所有人都到齊了,開會(huì)吧!\n");
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class Participant implements Runnable{
    private VideoConference conference;
    private String name;
    public Participant(String name,VideoConference conference){
        this.name=name;
        this.conference=conference;
    }
    @Override
    public void run(){
        long duration=(long)(Math.random()*100);
        try{
            Thread.sleep(duration);
            conference.arrive(this.name);
     }
     catch(InterruptedException e){
     }
    }
}

輸出:

會(huì)議正在初始化...!
0號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 9 個(gè)成員!
1號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 8 個(gè)成員!
9號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 7 個(gè)成員!
4號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 6 個(gè)成員!
8號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 5 個(gè)成員!
5號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 4 個(gè)成員!
6號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 3 個(gè)成員!
3號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 2 個(gè)成員!
7號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 1 個(gè)成員!
2號(hào)人員 已經(jīng)到達(dá)!
還需要等 0 個(gè)成員!
所有人都到齊了,開會(huì)吧!

3. Phaser

import java.util.concurrent.Phaser;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.io.File;
import java.util.Date;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        Phaser phaser=new Phaser(3);
        FileSearch system=new FileSearch("C:\\Windows", "log",phaser);
        FileSearch apps=new FileSearch("C:\\Program Files","log",phaser);
        FileSearch documents=new FileSearch("C:\\Documents And Settings","log",phaser);
        Thread systemThread=new Thread(system,"System");
        systemThread.start();
        Thread appsThread=new Thread(apps,"Apps");
        appsThread.start();
        Thread documentsThread=new Thread(documents, "Documents");
        documentsThread.start();
        try {
            systemThread.join();
            appsThread.join();
            documentsThread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Terminated: "+ phaser.isTerminated());
    }
}
class FileSearch implements Runnable{
    private String initPath;
    private String end;
    private List<String> results;
    private Phaser phaser;
    public FileSearch(String initPath,String end,Phaser phaser){
        this.initPath=initPath;
        this.end=end;
        this.results=new ArrayList<String>();
        this.phaser=phaser;
    }
    private void directoryProcess(File file){
        File[] files=file.listFiles();
        if(files!=null){
            for(int i=0;i<files.length;i++){
                if(files[i].isDirectory()){
                    directoryProcess(files[i]);
                }
                else{
                    fileProcess(files[i]);
                }
            }
        }
    }
    private void fileProcess(File file){
        if(file.getName().endsWith(end)){
            results.add(file.getAbsolutePath());
        }
    }
    private void filterResults(){
        List<String> newResults=new ArrayList<String>();
        long actualDate=new Date().getTime();
        for(int i=0;i<results.size();i++){
            File file=new File(results.get(i));
            long fileDate=file.lastModified();
            if(actualDate-fileDate<TimeUnit.MILLISECONDS.convert(1,TimeUnit.DAYS)){
                newResults.add(results.get(i));
            }
        }
        results=newResults;
    }
    private boolean checkResults(){
        if(results.isEmpty()){
            System.out.printf("%s: Phase %d: 0 results.\n",Thread.currentThread().getName(),phaser.getPhase());
            System.out.printf("%s: Phase %d: End.\n",Thread.currentThread().getName(),phaser.getPhase());
            phaser.arriveAndDeregister();
        }
        else{
            System.out.printf("%s: Phase %d: %d results.\n",Thread.currentThread().getName(),phaser.getPhase(),results.size());
             phaser.arriveAndAwaitAdvance();
            return true;
        }
    }
    private void showInfo() {
        for (int i=0; i<results.size(); i++){
            File file=new File(results.get(i));
            System.out.printf("%s: %s\n",Thread.currentThread().getName(),file.getAbsolutePath());
        }
        phaser.arriveAndAwaitAdvance();
    }
    @Override
    public void run(){
        File file=new File(initPath);
        if(file.isDirectory()){
            directoryProcess(file);
        }
        if(!checkResults()){
            return;
        }
        filterResults();
        if(!checkResults()){
            return;
        }
        showInfo();
        phaser.arriveAndDeregister();
        System.out.printf("%s: Work completed.\n",Thread.currentThread().getName());
    }
}

運(yùn)行結(jié)果:

Apps: Phase 0: 4 results.
System: Phase 0: 27 results.

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希望本文所述對(duì)大家java程序設(shè)計(jì)有所幫助。

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    2018-02-02
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    2024-03-03
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    2024-09-09
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    2023-02-02
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    2020-11-11

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