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五种Java多线程同步的方法

一、引言
前几天面试,被大师虐残了,好多基础知识必须得重新拿起来啊。闲话不多说,进入正题。

二、为什么要线程同步
因为当我们有多个线程要同时访问一个变量或对象时,如果这些线程中既有读又有写操作时,就会导致变量值或对象的状态出现混乱,从而导致程序异常。举个例子,如果一个银行账户同时被两个线程操作,一个取100块,一个存钱100块。假设账户原本有0块,如果取钱线程和存钱线程同时发生,会出现什么结果呢?取钱不成功,账户余额是100.取钱成功了,账户余额是0.那到底是哪个呢?很难说清楚。因此多线程同步就是要解决这个问题。

三、不同步时的代码
Bank.java

package threadTest;

/**
* @author ww
*
*/
public class Bank {

private int count =0;//账户余额  

//存钱  
public  void addMoney(int money){  
    count +=money;  
    System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);  
}  

//取钱  
public  void subMoney(int money){  
    if(count-money < 0){  
        System.out.println("余额不足");  
        return;  
    }  
    count -=money;  
    System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);  
}  

//查询  
public void lookMoney(){  
    System.out.println("账户余额:"+count);  
}  

}
SyncThreadTest.java

package threadTest;
/**
* Java学习交流QQ群:478052716 我们一起学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();  
}  

}
代码很简单,我就不解释了,看看运行结果怎样呢?截取了其中的一部分,是不是很乱,有写看不懂。

余额不足
账户余额:0

余额不足
账户余额:100

1441790503354存进:100
账户余额:100

1441790504354存进:100
账户余额:100

1441790504354取出:100
账户余额:100

1441790505355存进:100
账户余额:100

1441790505355取出:100
账户余额:100
四、使用同步时的代码
(1)同步方法:

即有synchronized关键字修饰的方法。 由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此关键字修饰方法时,内置锁会保护整个方法。在调用该方法前,需要获得内置锁,否则就处于阻塞状态。
修改后的Bank.java

package threadTest;

/**
* @author ww
*
*/
public class Bank {

private int count =0;//账户余额  

//存钱  
public  synchronized void addMoney(int money){  
    count +=money;  
    System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);  
}  

//取钱  
public  synchronized void subMoney(int money){  
    if(count-money < 0){  
        System.out.println("余额不足");  
        return;  
    }  
    count -=money;  
    System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);  
}  

//查询  
public void lookMoney(){  
    System.out.println("账户余额:"+count);  
}  

}
再看看运行结果:

余额不足
账户余额:0

余额不足
账户余额:0

1441790837380存进:100
账户余额:100

1441790838380取出:100
账户余额:0
1441790838380存进:100
账户余额:100

1441790839381取出:100
账户余额:0
瞬间感觉可以理解了吧。
注: synchronized关键字也可以修饰静态方法,此时如果调用该静态方法,将会锁住整个类

(2)同步代码块

即有synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁,从而实现同步
Bank.java代码如下:

package threadTest;

/**
* @author ww
*
*/
public class Bank {

private int count =0;//账户余额  

//存钱  
public   void addMoney(int money){  

    synchronized (this) {  
        count +=money;  
    }  
    System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);  
}  

//取钱  
public   void subMoney(int money){  

    synchronized (this) {  
        if(count-money < 0){  
            System.out.println("余额不足");  
            return;  
        }  
        count -=money;  
    }  
    System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);  
}  

//查询  
public void lookMoney(){  
    System.out.println("账户余额:"+count);  
}  

}
运行结果如下:

余额不足
账户余额:0

1441791806699存进:100
账户余额:100

1441791806700取出:100
账户余额:0

1441791807699存进:100
账户余额:100
效果和方法一差不多。
注:同步是一种高开销的操作,因此应该尽量减少同步的内容。通常没有必要同步整个方法,使用synchronized代码块同步关键代码即可。

(3)使用特殊域变量(Volatile)实现线程同步

a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新c.因此每次使用该域就要重新计算,而不是使用寄存器中的值d.volatile不会提供任何原子操作,它也不能用来修饰final类型的变量
Bank.java代码如下:

package threadTest;

/**
* @author ww
*
*/
public class Bank {

private volatile int count = 0;// 账户余额  

// 存钱  
public void addMoney(int money) {  

    count += money;  
    System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进:" + money);  
}  

// 取钱  
public void subMoney(int money) {  

    if (count - money < 0) {  
        System.out.println("余额不足");  
        return;  
    }  
    count -= money;  
    System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出:" + money);  
}  

// 查询  
public void lookMoney() {  
    System.out.println("账户余额:" + count);  
}  

}
运行效果怎样呢?

余额不足
账户余额:0

余额不足
账户余额:100

1441792010959存进:100
账户余额:100

1441792011960取出:100
账户余额:0

1441792011961存进:100
账户余额:100
是不是又看不懂了,又乱了。这是为什么呢?就是因为volatile不能保证原子操作导致的,因此volatile不能代替synchronized。此外volatile会组织编译器对代码优化,因此能不使用它就不适用它吧。它的原理是每次要线程要访问volatile修饰的变量时都是从内存中读取,而不是存缓存当中读取,因此每个线程访问到的变量值都是一样的。这样就保证了同步。

(4)使用重入锁实现线程同步

在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁, 它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义,并且扩展了其能力。ReenreantLock类的常用方法有:ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例lock() : 获得锁unlock() : 释放锁注:ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法,但由于能大幅度降低程序运行效率,不推荐使用Bank.java代码修改如下:

package threadTest;

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
* @author ww
*
*/
public class Bank {

private  int count = 0;// 账户余额  

//需要声明这个锁  
private Lock lock = new ReentrantLock();  

// 存钱  
public void addMoney(int money) {  
    lock.lock();//上锁  
    try{  
    count += money;  
    System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进:" + money);  

    }finally{  
        lock.unlock();//解锁  
    }  
}  

// 取钱  
public void subMoney(int money) {  
    lock.lock();  
    try{  

    if (count - money < 0) {  
        System.out.println("余额不足");  
        return;  
    }  
    count -= money;  
    System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出:" + money);  
    }finally{  
        lock.unlock();  
    }  
}  

// 查询  
public void lookMoney() {  
    System.out.println("账户余额:" + count);  
}  

}
运行效果怎么样呢?

余额不足
账户余额:0

余额不足
账户余额:0

1441792891934存进:100
账户余额:100

1441792892935存进:100
账户余额:200

1441792892954取出:100
账户余额:100
效果和前两种方法差不多。
如果synchronized关键字能满足用户的需求,就用synchronized,因为它能简化代码 。如果需要更高级的功能,就用ReentrantLock类,此时要注意及时释放锁,否则会出现死锁,通常在finally代码释放锁

(5)使用局部变量实现线程同步

Bank.java代码如下:

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;  
    }  

};  

// 存钱  
public void addMoney(int money) {  
    count.set(count.get()+money);  
    System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进:" + money);  

}  

// 取钱  
public void subMoney(int money) {  
    if (count.get() - money < 0) {  
        System.out.println("余额不足");  
        return;  
    }  
    count.set(count.get()- money);  
    System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出:" + money);  
}  

// 查询  
public void lookMoney() {  
    System.out.println("账户余额:" + count.get());  
}  

}
运行效果:

余额不足
账户余额:0

余额不足
账户余额:0

1441794247939存进:100
账户余额:100

余额不足
1441794248940存进:100
账户余额:0

账户余额:200

余额不足
账户余额:0

1441794249941存进:100
账户余额:300
看了运行效果,一开始一头雾水,怎么只让存,不让取啊?看看ThreadLocal
的原理:
如果使用ThreadLocal管理变量,则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本,副本之间相互独立,这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本,而不会对其他线程产生影响。现在明白了吧,原来每个线程运行的都是一个副本,也就是说存钱和取钱是两个账户,知识名字相同而已。所以就会发生上面的效果。

ThreadLocal与同步机制

a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题b.前者采用以”空间换时间”的方法,后者采用以”时间换空间”的方式
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