Java多线程简析——Synchronized（同步锁）Lock以及线程池

Posted 2020-10-14 如若

Java多线程

Java中，可运行的程序都是有一个或多个进程组成。进程则是由多个线程组成的。
最简单的一个进程，会包括mian线程以及GC线程。

线程的状态

线程状态由以下一张网上图片来说明：

在图中，红框标识的部分方法，可以认为已过时，不再使用。
（1）wait、notify、notifyAll是线程中通信可以使用的方法。线程中调用了wait方法，则进入阻塞状态，只有等另一个线程调用与wait同一个对象的notify方法。
这里有个特殊的地方，调用wait或者notify，前提是需要获取锁，也就是说，需要在同步块中做以上操作。
（2）join方法。该方法主要作用是在该线程中的run方法结束后，才往下执行。如以下代码：

public class ThreadJoin {  

    public static void main(String[] args) {  
  
        Thread thread= new Thread(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                System.err.println("线程"+Thread.currentThread().getId()+" 打印信息");  
            }  
        });  
        thread.start();  
          
        try {  
            thread.join();  
        } catch (InterruptedException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        }
        
        System.err.println("主线程打印信息");  
        
    }
}

该方法显示的信息是：
线程8 打印信息
主线程打印信息

如果去掉其中的join方法，则显示如下：
主线程打印信息
线程8 打印信息
（3）yield方法。这个是线程本身的调度方法，使用时你可以在run方法执行完毕时，调用该方法，告知你已可以出让内存资源。
其他的线程方法，基本都会在日常中用到，如start、run、sleep，这里就不再介绍。

Synchronized（同步锁）

在Java中使用多线程，你就不能绕过同步锁这个概念。这在多线程中是十分重要的。
在Java多线程的使用中，你必然会遇到一个问题：多个线程共享一个或者一组资源，这资源包括内存、文件等。
很常见的一个例子是，张三在银行账户存有9999元，经过多次的取100，存100后，账户还有多少钱？
看代码：
以下表示账户信息：

import java.sql.Time;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  
public class Account {  
  
    private String name;  
    private float amt;  
    public Account(String name,float amt) {  
        this.name=name;  
        this.amt=amt;  
    }  
  
    public  void  increaseAmt(float increaseAmt){  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        }  
        amt+=increaseAmt;  
    }  
      
    public  void decreaseAmt(float decreaseAmt){  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        }  
        amt-=decreaseAmt;  
    }  
      
    public void printMsg(){  
        System.out.println(name+"账户现有金额为："+amt);  
    }  
}  

以下是我们操作账户的方法：

final int NUM=100;  

Thread[] threads=new Thread[NUM];  
for(int i=0;i<NUM;i++){  
    if(threads[i]==null){  
        threads[i]=new Thread(new Runnable() {  
              
            @Override  
            public void run() {  
                account.increaseAmt(100f);  
                account.decreaseAmt(100f);  
            }  
        });  
        threads[i].start();  
    }  
}  
  
for(int i=0;i<NUM;i++){  
    try {  
        threads[i].join();  
    } catch (InterruptedException e) {  
        // TODO Auto-generated catch block  
        e.printStackTrace();  
    }  
}  
  
account.printMsg();  

你会发现，每次打印出来的账户余额都不一定是一样的。这就是同步锁的必要性。
java中，提供了多种使用同步锁的方式。

（1）对动态方法的修饰。
作用的是调用该方法的对象（或者说对象引用）。

public synchronized void doSomething(){}  

（2）对代码块的修饰。
作用的是调用该方法的对象（或者说对象引用）。

public void increaseAmt(float increaseAmt){  
          
    try {  
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
    } catch (InterruptedException e) {  
        // TODO Auto-generated catch block  
        e.printStackTrace();  
    }  
    synchronized (this) {  
        System.out.println(this);  
        amt+=increaseAmt;  
    } 
    
}

（3）对静态方法的修饰。
作用的是静态方法所在类的所有对象（或者说对象引用）。

public synchronized static void increaseAmt(float increaseAmt){  
    try {  
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
    } catch (InterruptedException e) {  
        // TODO Auto-generated catch block  
        e.printStackTrace();  
    }  
    amt+=increaseAmt;  
}

（4）对类的修饰。
作用的是静态方法所在类的所有对象（或者说对象引用）。

synchronized (AccountSynchronizedClass.class) {  
    amt-=decreaseAmt;  
}

以修饰代码块的方式为例，我们重新运行以上代码后，得到了正确的结果。代码如下：

import java.util.concurrent.TimeUnit;  
/**  
 * Synchronized 代码块  
 * @author 战国  
 *  
 */  
public class AccountSynchronizedBlock {  
  
    private String name;  
    private float amt;  
    public AccountSynchronizedBlock(String name,float amt) {  
        this.name=name;  
        this.amt=amt;  
    }  
  
    public  void  increaseAmt(float increaseAmt){  
          
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        }  
        synchronized (this) {  
            System.out.println(this);  
            amt+=increaseAmt;  
        }  
    }  
      
    public  void decreaseAmt(float decreaseAmt){  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            // TODO Auto-generated catch block  
            e.printStackTrace();  
        }  
        synchronized (this) {  
            System.out.println(this);  
            amt-=decreaseAmt;  
        }  
          
    }  
      
    public void printMsg(){  
        System.out.println(name+"账户现有金额为："+amt);  
    }  
}  

//多线程synchronized修饰代码块 ,每次计算的值都一样  
final AccountSynchronizedBlock account=new AccountSynchronizedBlock("张三", 9999.0f);  
final int NUM=50;  

Thread[] threads=new Thread[NUM];  
for(int i=0;i<NUM;i++){  
    if(threads[i]==null){  
        threads[i]=new Thread(new Runnable() {  
              
            @Override  
            public void run() {  
                account.increaseAmt(100f);  
                account.decreaseAmt(100f);  
            }  
        });  
        threads[i].start();  
    }  
}  

for(int i=0;i<NUM;i++){  
    try {  
        threads[i].join();  
    } catch (InterruptedException e) {  
        // TODO Auto-generated catch block  
        e.printStackTrace();  
    }  
}  
account.printMsg();  

以上是同步锁的简单说明。
在JDK5中，Java又引入了一个相似的概念Lock，也就是锁。功能与synchronized是类似的。

Lock

Lock对比synchronized有高手总结的差异如下：
总结来说，Lock和synchronized有以下几点不同：

　　1）Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现；
　　2）synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生；而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁；
　　3）Lock可以让等待锁的线程响应中断，而synchronized却不行，使用synchronized时，等待的线程会一直等待下去，不能够响应中断；
　　4）通过Lock可以知道有没有成功获取锁，而synchronized却无法办到。
　　5）Lock可以提高多个线程进行读操作的效率。

　　在性能上来说，如果竞争资源不激烈，两者的性能是差不多的，而当竞争资源非常激烈时（即有大量线程同时竞争），此时Lock的性能要远远优于synchronized。所以说，在具体使用时要根据适当情况选择。

（参考http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923167.html）。
Lock的操作与synchronized相比，灵活性更高，而且Lock提供多种方式获取锁，有Lock、ReadWriteLock接口，以及实现这两个接口的ReentrantLock类、ReentrantReadWriteLock类。
对Lock的简单操作代码如下：

import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;  
  
public class LockImp {  
  
      
    private Lock lock=new ReentrantLock();  
    private ReadWriteLock rwLock=new ReentrantReadWriteLock();  
      
    private List<Integer> list=new ArrayList<Integer>();  
      
    public void doReentrantLock(Thread thread){  
        lock.lock();  
        System.out.println(thread.getName()+"获取锁");  
        try {  
              for(int i=0;i<10;i++){  
                    list.add(i);  
                }  
        } catch (Exception e) {  
              
        }finally{  
            lock.unlock();  
            System.out.println(thread.getName()+"释放锁");  
        }  
          
    }  
    public void doReentrantReadLock(Thread thread){  
        rwLock.readLock().lock();  
        System.out.println(thread.getName()+"获取读锁");  
        try {  
            for(int i=0;i<10;i++){  
                list.add(i);  
            }  
        } catch (Exception e) {  
              
        }finally{  
            rwLock.readLock().unlock();  
            System.out.println(thread.getName()+"释放读锁");  
        }  
          
    }  
    public void doReentrantWriteLock(Thread thread){  
        rwLock.writeLock().lock();  
        System.out.println(thread.getName()+"获取写锁");  
        try {  
            for(int i=0;i<10;i++){  
                list.add(i);  
            }  
        } catch (Exception e) {  
              
        }finally{  
            rwLock.writeLock().unlock();  
            System.out.println(thread.getName()+"释放写锁");  
        }  
          
    }  
      
      
      
    /**  
     * @param args  
     */  
    public static void main(String[] args) {  
  
        final LockImp lockImp=new LockImp();  
          
        final Thread thread1=new Thread();  
        final Thread thread2=new Thread();  
        final Thread thread3=new Thread();  
          
        new Thread(new Runnable() {  
              
            @Override  
            public void run() {  
                lockImp.doReentrantLock(thread1);  
            }  
        }).start();  
          
        new Thread(new Runnable() {  
                      
                    @Override  
                    public void run() {  
                        lockImp.doReentrantLock(thread2);  
                    }  
                }).start();  
          
        new Thread(new Runnable() {  
              
            @Override  
            public void run() {  
                lockImp.doReentrantLock(thread3);  
            }  
        }).start();  
      
          
        lockImp.doReentrantReadLock(thread1);  
        lockImp.doReentrantReadLock(thread2);  
        lockImp.doReentrantReadLock(thread3);  
          
        lockImp.doReentrantWriteLock(thread1);  
        lockImp.doReentrantWriteLock(thread2);  
        lockImp.doReentrantWriteLock(thread3);  
    }  
  
}  

Lock的使用中，务必需要lock、unlock同时使用，避免死锁。

线程池的使用

为什么使用线程池？
因为使用它有好处：（1）在界面上，简化了写法，代码更简洁（2）对程序中的线程可以进行适度的管理（3）有效较低了多个线程的内存占有率等。
这是一篇讲述线程池非常好的文章：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3932921.html
如果对线程池有不了解的同学，可以参考链接中的文章，讲的深入浅出。
在这里只是简单的封装一个线程池的工具类，仅供参考：

import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
  
public class ThreadPoolUtil {  
  
     private volatile static ThreadPoolUtil instance;  
     private ThreadPoolUtil(){}  
     private static ExecutorService threadPool;  
       
       
     public static ThreadPoolUtil getInstance(){  
         if(instance==null){  
             synchronized (ThreadPoolUtil.class) {  
                  instance=new ThreadPoolUtil();  
                 threadPool=Executors.newCachedThreadPool();  
            }  
         }  
         return instance;  
     }  
       
    public void excute(Runnable runnable){  
        threadPool.execute(runnable);  
    }  
      
    public void shutdown(){  
        threadPool.shutdown();  
    }  
      
    public boolean isActive(){  
        if(threadPool.isTerminated()){  
            return false;  
        }  
        return true;  
    }  
}  

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