Java多線程下解決資源競爭的7種方法詳解

更新時(shí)間：2019年08月14日 08:51:33 作者：藍(lán)建榮

這篇文章主要介紹了Java多線程下解決資源競爭的7種方法詳解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

前言

一般情況下，只要涉及到多線程編程，程序的復(fù)雜性就會(huì)顯著上升，性能顯著下降，BUG出現(xiàn)的概率大大提升。

多線程編程本意是將一段程序并行運(yùn)行，提升數(shù)據(jù)處理能力，但是由于大部分情況下都涉及到共有資源的競爭，所以修改資源

對(duì)象時(shí)必須加鎖處理。但是鎖的實(shí)現(xiàn)有很多種方法，下面就來一起了解一下在C#語言中幾種鎖的實(shí)現(xiàn)與其性能表現(xiàn)。

一、c#下的幾種鎖的運(yùn)用方式

1、臨界區(qū)，通過對(duì)多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數(shù)據(jù)訪問。

private static object obj = new object();
  private static int lockInt;
  private static void LockIntAdd()
  {
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    lock (obj)
    {
     lockInt++;
    }
   }
  }

你沒看錯(cuò)，c#中的lock語法就是臨界區(qū)(Monitor)的一個(gè)語法糖，這大概是90%以上的.net程序員首先想到的鎖，不過大部分人都只是知道

有這么個(gè)語法，不知道其實(shí)是以臨界區(qū)的方式處理資源競爭。

2、互斥量，為協(xié)調(diào)共同對(duì)一個(gè)共享資源的單獨(dú)訪問而設(shè)計(jì)的。

c#中有一個(gè)Mutex類，就在System.Threading命名空間下，Mutex其實(shí)就是互斥量，互斥量不單單能處理多線程之間的資源競爭，還能處理

進(jìn)程之間的資源競爭，功能是比較強(qiáng)大的，但是開銷也很大，性能比較低。

private static Mutex mutex = new Mutex();
  private static int mutexInt;
  private static void MutexIntAdd()
  {
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    mutex.WaitOne();
    mutexInt++;
    mutex.ReleaseMutex();
   }
  }

3、信號(hào)量，為控制一個(gè)具有有限數(shù)量用戶資源而設(shè)計(jì)。

private static Semaphore sema = new Semaphore(1, 1);
  private static int semaphoreInt;
  private static void SemaphoreIntAdd()
  {
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    sema.WaitOne();
    semaphoreInt++;
    sema.Release();
   }
  }

4、事件：用來通知線程有一些事件已發(fā)生，從而啟動(dòng)后繼任務(wù)的開始。

public static AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(true);
  private static int autoResetEventInt;
  private static void AutoResetEventIntAdd()
  {
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    if (autoResetEvent.WaitOne())
    {
     autoResetEventInt++;
     autoResetEvent.Set();
    }
   }
  }

5、讀寫鎖，這種鎖允許在有其他程序正在寫的情況下讀取資源，所以如果資源允許臟讀，用這個(gè)比較合適

private static ReaderWriterLockSlim LockSlim = new ReaderWriterLockSlim();
  private static int lockSlimInt;
  private static void LockSlimIntAdd()
  {
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    LockSlim.EnterWriteLock();
    lockSlimInt++;
    LockSlim.ExitWriteLock();
   }
  }

6、原子鎖，通過原子操作Interlocked.CompareExchange實(shí)現(xiàn)“無鎖”競爭

private static int isLock;
  private static int ceInt;
  private static void CEIntAdd()
  {
   //long tmp = 0;
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    while (Interlocked.CompareExchange(ref isLock, 1, 0) == 1) { Thread.Sleep(1); }

    ceInt++;
    Interlocked.Exchange(ref isLock, 0);
   }
  }

7、原子性操作，這是一種特例，野外原子性操作本身天生線程安全，所以無需加鎖

private static int atomicInt;
  private static void AtomicIntAdd()
  {
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    Interlocked.Increment(ref atomicInt);
   }
  }

8、不加鎖，如果不加鎖，那多線程下運(yùn)行結(jié)果肯定是錯(cuò)的，這里貼上來比較一下性能

private static int noLockInt;
  private static void NoLockIntAdd()
  {
   for (var i = 0; i < runTimes; i++)
   {
    noLockInt++;
   }
  }

二、性能測試

1、測試代碼，執(zhí)行1000，10000，100000，1000000次

private static void Run()
  {
   var stopwatch = new Stopwatch();
   var taskList = new Task[loopTimes];

   // 多線程
   Console.WriteLine();
   Console.WriteLine($"    線程數(shù):{loopTimes}");
   Console.WriteLine($"   執(zhí)行次數(shù):{runTimes}");
   Console.WriteLine($"  校驗(yàn)值應(yīng)等于:{runTimes * loopTimes}");

   // AtomicIntAdd
   stopwatch.Restart();
   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { AtomicIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("AtomicIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{atomicInt}");

   // CEIntAdd
   taskList = new Task[loopTimes];
   stopwatch.Restart();

   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { CEIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("CEIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{ceInt}");

   // LockIntAdd
   taskList = new Task[loopTimes];
   stopwatch.Restart();

   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { LockIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("LockIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{lockInt}");

   // MutexIntAdd
   taskList = new Task[loopTimes];
   stopwatch.Restart();

   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { MutexIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("MutexIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{mutexInt}");

   // LockSlimIntAdd
   taskList = new Task[loopTimes];
   stopwatch.Restart();

   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { LockSlimIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("LockSlimIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{lockSlimInt}");

   // SemaphoreIntAdd
   taskList = new Task[loopTimes];
   stopwatch.Restart();

   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { SemaphoreIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("SemaphoreIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{semaphoreInt}");


   // AutoResetEventIntAdd
   taskList = new Task[loopTimes];
   stopwatch.Restart();

   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { AutoResetEventIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("AutoResetEventIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{autoResetEventInt}");

   // NoLockIntAdd
   taskList = new Task[loopTimes];
   stopwatch.Restart();

   for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
   {
    taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { NoLockIntAdd(); });
   }
   Task.WaitAll(taskList);
   Console.WriteLine($"{GetFormat("NoLockIntAdd")}, 總耗時(shí):{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校驗(yàn)值:{noLockInt}");
   Console.WriteLine();
  }

2、線程：10