53java的多线程同步剖析

Posted 2020-07-17 fesng

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了53java的多线程同步剖析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

synchronized关键字介绍：

synchronized锁定的是对象，这个很重要

例子：

class Sync {  

    public synchronized void test() {  
        System.out.println("test开始..");  
        try {  
            Thread.sleep(1000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("test结束..");  
    }  
}  

class MyThread extends Thread {  

    public void run() {  
        Sync sync = new Sync();  
        sync.test();  
    }  
}  

public class Main {  

    public static void main(String[] args) {  
        for (int i = 0; i < 3; i++) {  
            Thread thread = new MyThread();  
            thread.start();  
        }  
    }  
}  
运行结果：
test开始..
test开始..
test开始..
test结束..
test结束..
test结束..

可以看出来，上面的程序起了三个线程，同时运行Sync类中的test()方法，虽然test()方法加上了synchronized，但是还是同时运行起来，貌似synchronized没起作用。

将test()方法上的synchronized去掉，在方法内部加上synchronized(this)：



[java] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
public void test() {  
    synchronized(this){  
        System.out.println("test开始..");  
        try {  
            Thread.sleep(1000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("test结束..");  
    }  
}  
运行结果：
test开始..
test开始..
test开始..
test结束..
test结束..
test结束..

一切还是这么平静，没有看到synchronized起到作用。

总结

synchronized修饰非静态方法，或者使用synchronized（this）等修饰代码块，实际上是对对象这种级别互斥。
这个级别的方法或者代码块在不同线程互斥。

让synchronized锁这个类对应的Class对象。

class Sync {  

    public void test() {  
        synchronized (Sync.class) {  
            System.out.println("test开始..");  
            try {  
                Thread.sleep(1000);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
            System.out.println("test结束..");  
        }  
    }  
}  

class MyThread extends Thread {  

    public void run() {  
        Sync sync = new Sync();  
        sync.test();  
    }  
}  

public class Main {  

    public static void main(String[] args) {  
        for (int i = 0; i < 3; i++) {  
            Thread thread = new MyThread();  
            thread.start();  
        }  
    }  
}  
运行结果：
test开始..
test结束..
test开始..
test结束..
test开始..
test结束..

总结

上面代码用synchronized(Sync.class)实现了全局锁的效果。
tatic方法可以直接类名加方法名调用，方法中无法使用this，所以它锁的不是this，而是类的Class对象，所以，static synchronized方法也相当于全局锁，相当于锁住了代码段。

总结

synchronized的锁定包括两种级别：
一.针对对象加锁。
方式：
1.synchronized修饰非静态方法
2.synchronized（this）包裹对象
对于这一类会同类互斥但不会和类级别锁互斥。
举例：一个对象的synchronized修饰非静态方法，那么和其他的线程对这个对象的其他synchronized修饰非静态方法互斥，和synchronized修饰静态方法以及类级别代码块不互斥。

二.针对类级别加锁。
1.synchronized修饰静态方法
2.synchronized代码块，synchronized（.class）
本质是对类级别加锁，和对象级别不冲突，同类冲突。

正式开始介绍多线程同步：

（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

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);  
    }  
}
 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

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

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

参考：
https://segmentfault.com/a/1190000003810166
http://blog.csdn.net/xiao__gui/article/details/8188833
http://www.codeceo.com/article/java-multi-thread-sync.html

以上是关于53java的多线程同步剖析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

多线程 Thread 线程同步 synchronized

那些年搞不懂的多线程同步异步及阻塞和非阻塞---多线程简介

技术剖析-全托管 DNS NVM

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