Java-JUC：同步锁的几种方式

Posted 2020-11-01 yy

为什么要使用同步锁?

因为当使用多线程同时访问一个变量或对象时，如果这些线程中即有读又有写操作时，会造成导致变量或对象的状态出现混乱。例如：一个银行账户被A/B两个线程同时操作，A线程、B线程同时开始操作：A线程存款100，B线程取款100，此时就会出现账户存款100，然后查询存储结果为0，B取款失败，但是查询余额为100。

而同步锁出现的目的就是为了解决多线程安全问题。

上边的举例对应的代码如下：

银行类：

/**
 * 银行类
 * */
public class Bank {
    private int money = 0;

    /**
     * 存款
     */
    public void deposit(int money) {
        this.money += money;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":存款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
    }

    /**
     * 取款
     */
    public void withdrawal(int money) {
        if (this.money - money < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":余额不足");
            return;
        }
        this.money -= money;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":取款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
    }

    /**
     * 查詢賬戶餘額
     */
    public void look() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":查詢賬戶餘額為：" + this.money);
    }
}

取款、存款A、B线程模拟：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        final Bank bank = new Bank();

        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    bank.deposit(100);
                    bank.look();

                    System.out.println("-----------------------");
                }
            }
        }, "thread-a");

        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                while (true) {
                    System.out.println("-----------------------");
                    bank.withdrawal(100);
                    bank.look();

                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "thread-b");

        threadB.start();
        threadA.start();
    }
}

此时打印的结果为：

-----------------------
thread-b:余额不足
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
-----------------------
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-a:查詢賬戶餘額為：0
thread-b:取款100,賬戶餘額：0
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
-----------------------

同步代码块：

注意：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。

/**
 * 银行类
 * */
class Bank {
    private int money = 0;

    /**
     * 存款
     */
    public void deposit(int money) {
        synchronized (this) {
            this.money += money;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":存款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
        }
    }

    /**
     * 取款
     */
    public void withdrawal(int money) {
        synchronized (this) {
            if (this.money - money < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":余额不足");
                return;
            }
            this.money -= money;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":取款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
        }
    }

    /**
     * 查詢賬戶餘額
     */
    public void look() {
        synchronized (this) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":查詢賬戶餘額為：" + this.money);    
        }
    }
}

测试：

-----------------------
thread-b:余额不足
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-a:查詢賬戶餘額為：100
-----------------------
-----------------------
thread-b:取款100,賬戶餘額：0
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-a:查詢賬戶餘額為：100
-----------------------
-----------------------
thread-b:取款100,賬戶餘額：0
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-a:查詢賬戶餘額為：100

同步方法：

同步方法就是使用synchronized关键字修饰某个方法，这个方法就是同步方法。这个同步方法(非static方法)无须显式指定同步监视器，同步方法的同步监视器是this，也就是调用该方法的对象。通过同步方法可以非常方便的实现线程安全的类，线程安全的类有如下特征：

每个线程调用该对象的任意synchronized方法之后，都能得到正确的结果；

每个线程调用该对象的任意synchronized方法之后，该对象状态依然能保持合理状态。

/**
 * 银行类
 */
class Bank {
    private int money = 0;

    /**
     * 存款
     */
    public synchronized void deposit(int money) {
        this.money += money;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":存款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
    }

    /**
     * 取款
     */
    public synchronized void withdrawal(int money) {
        if (this.money - money < 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":余额不足");
            return;
        }
        this.money -= money;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":取款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
    }

    /**
     * 查詢賬戶餘額
     */
    public synchronized void look() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":查詢賬戶餘額為：" + this.money);
    }
}

测试：

-----------------------
thread-b:余额不足
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
-----------------------
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-b:取款100,賬戶餘額：0
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
thread-a:查詢賬戶餘額為：0
-----------------------
-----------------------
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-a:查詢賬戶餘額為：100
-----------------------

重入锁Lock

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：

Lock lock=new ReentrantLock() ;// 创建一个ReentrantLock实例
lock.lock(); // 获得锁
lock.unlock();// 释放锁

注意：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。

/**
 * 银行类
 */
class Bank {
    private int money = 0;
    private Lock lock=new ReentrantLock();
    /**
     * 存款
     */
    public void deposit(int money) {
        lock.lock();
        try{
            this.money += money;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":存款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
        }finally{
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 取款
     */
    public void withdrawal(int money) {
        lock.lock();
        try{
            if (this.money - money < 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":余额不足");
                return;
            }
            this.money -= money;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":取款" + money + ",賬戶餘額：" + this.money);
        }finally{
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 查詢賬戶餘額
     */
    public void look() {
        lock.lock();
        try{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":查詢賬戶餘額為：" + this.money);
        }finally{
            lock.unlock();
        }
    }
}

测试：

-----------------------
thread-b:余额不足
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-a:查詢賬戶餘額為：100
-----------------------
-----------------------
thread-b:取款100,賬戶餘額：0
thread-b:查詢賬戶餘額為：0
thread-a:存款100,賬戶餘額：100
thread-a:查詢賬戶餘額為：100
-----------------------