浅谈Java三种实现线程同步的方法

Posted 2020-12-23 main(0)

浅谈Java三种实现线程同步的方法

一、概述

无论是什么语言，在多线程编程中，常常会遇到多个线同时操作程某个变量(读/写)，如果读/写不同步，则会造成不符合预期的结果。

例如：线程A和线程B并发运行，都操作变量X，若线程A对变量X进行赋上一个新值，线程B仍然使用变量X之前的值，很明显线程B使用的X不是我们想要的值了。

Java提供了三种机制，解决上述问题，实现线程同步：

• 同步代码块

  synchronized(锁对象){
  	// 这里添加受保护的数据操作
  }
  

• 同步方法

  • 静态同步方法：synchronized修饰的静态方法，它的同步锁是当前方法所在类的字节码对象

  public static synchronized void staticMethod(){
      
  }
  

  • 非静态同步方法：synchronized修饰的非静态方法，它的同步锁即为this

  public synchronize void method(){
  
  }
  

• 锁机制

  // 以可重入锁举例
  Lock lock = new ReentrantLock(/*fail*/);  
  // fail: 
  // true表示使用公平锁，即线程等待拿到锁的时间越久，越容易拿到锁
  // false表示使用非公平锁，线程拿到锁全靠运气。。。cpu时间片轮到哪个线程，哪个线程就能获取锁
  lock.lock();
  // 这里添加受保护的数据操作
  lock.unlock();
  

个人理解：其实无论哪种机制实现线程同步，本质上都是加锁->操作数据->解锁的过程。同步代码块是针对{}中，同步方法是针对整个方法。其ReentrantLock类提供的lock和unlock和C++的std::mutex提供lock和unlock类似

二、测试用例

1. 同步代码块测试类

   package base.synchronize;
   
   
   public class SynchronizeBlock implements Runnable {
       private int num = 100;
   
       @Override
       public void run() {
           while (num > 1) {
               synchronized (this) {
                   // 同步代码块，只有拿到锁，才有cpu执行权
                   System.out.println("Thread ID:" +  Thread.currentThread().getId() + "---num:" + num);
                   num--;
               }
           }
           System.out.println("Thread ID:" +  Thread.currentThread().getId() + " exit");
       }
   }
   
   

2. 同步方法测试类

   package base.synchronize;
   
   public class SynchronizeMethod implements Runnable {
       private int num = 100;
       public static int staticNum = 100;
       boolean useStaticMethod;
   
       public SynchronizeMethod(boolean useStaticMethodToTest) {
           this.useStaticMethod = useStaticMethodToTest;
       }
   
       // 对于非静态方法，同步锁对象即this
       public synchronized void method() {
           System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + "---num:" + num);
           num--;
       }
   
       // 对于静态方法，同步锁对象是当前方法所在类的字节码对象
       public synchronized static void staticMethod() {
           System.out.println("Static Method Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + "---num:" + staticNum);
           staticNum--;
       }
   
       @Override
       public void run() {
           if (useStaticMethod) {  // 测试静态同步方法
               while (staticNum > 1) {
                   staticMethod();
               }
           }else{  // 测试非静态同步方法
               while (num > 1){
                   method();
               }
           }
           System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + " exit");
       }
   }
   

3. ReentrantLock测试类

   package base.synchronize;
   
   import java.util.concurrent.locks.Lock;
   import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
   
   public class SynchronizeLock implements Runnable {
       private Lock lock = null;
       private int num = 100;
   
       public SynchronizeLock(boolean fair){
           lock = new ReentrantLock(fair); // 可重入锁
       }
   
       @Override
       public void run() {
           while (num > 1) {
               try {
                   lock.lock();
                   System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + "---num:" + num);
                   num--;
               } catch (Exception e) {
                   e.printStackTrace();
               }finally {
                   lock.unlock();
               }
           }
           System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + " exit");
       }
   }
   
   

测试三种机制的Demo

package base.synchronize;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        synchronizeBlockTest();     // 同步代码块
        synchronizeMethodTest();    // 同步非静态方法
        synchronizeStaticMethodTest();  // 同步静态方法
        synchronizeLockTest();    // 可重入锁机制
    }

    public static void synchronizeBlockTest(){
        Runnable run = new SynchronizeBlock();
        for(int i = 0; i < 3; i++){
            new Thread(run).start();
        }
    }

    public static void synchronizeMethodTest(){
        Runnable run = new SynchronizeMethod(false);
        for(int i = 0; i < 3; i++){
            new Thread(run).start();
        }

    }
    public static void synchronizeStaticMethodTest() {
        Runnable run = new SynchronizeMethod(true);
        for(int i = 0; i < 3; i++){
            new Thread(run).start();
        }
    }


    public static void synchronizeLockTest(){
        Runnable run = new SynchronizeLock(false);  // true：使用公平锁  false:使用非公平锁
        for(int i = 0; i < 3; i++){
            new Thread(run).start();
        }
    }
}

无论哪种机制，都得到预期的效果，打印100-0