Java学习笔记---多线程同步的五种方法

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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Java学习笔记---多线程同步的五种方法相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3. /**
  4. *@authorww
  5. *
  6. */
  7. publicclassBank{
  8.  
  9. privateintcount=0;//账户余额
  10.  
  11. //存钱
  12. publicvoidaddMoney(intmoney){
  13. count+=money;
  14. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);
  15. }
  16.  
  17. //取钱
  18. publicvoidsubMoney(intmoney){
  19. if(count-money<0){
  20. System.out.println("余额不足");
  21. return;
  22. }
  23. count-=money;
  24. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
  25. }
  26.  
  27. //查询
  28. publicvoidlookMoney(){
  29. System.out.println("账户余额:"+count);
  30. }
  31. }

SyncThreadTest.java

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3.  
  4. publicclassSyncThreadTest{
  5.  
  6. publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
  7. finalBankbank=newBank();
  8.  
  9. Threadtadd=newThread(newRunnable(){
  10.  
  11. @Override
  12. publicvoidrun(){
  13. //TODOAuto-generatedmethodstub
  14. while(true){
  15. try{
  16. Thread.sleep(1000);
  17. }catch(InterruptedExceptione){
  18. //TODOAuto-generatedcatchblock
  19. e.printStackTrace();
  20. }
  21. bank.addMoney(100);
  22. bank.lookMoney();
  23. System.out.println("n");
  24.  
  25. }
  26. }
  27. });
  28.  
  29. Threadtsub=newThread(newRunnable(){
  30.  
  31. @Override
  32. publicvoidrun(){
  33. //TODOAuto-generatedmethodstub
  34. while(true){
  35. bank.subMoney(100);
  36. bank.lookMoney();
  37. System.out.println("n");
  38. try{
  39. Thread.sleep(1000);
  40. }catch(InterruptedExceptione){
  41. //TODOAuto-generatedcatchblock
  42. e.printStackTrace();
  43. }
  44. }
  45. }
  46. });
  47. tsub.start();
  48.  
  49. tadd.start();
  50. }
  51.  
  52.  
  53.  
  54. }

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。

  1. 余额不足
  2. 账户余额:0
  3.  
  4.  
  5. 余额不足
  6. 账户余额:100
  7.  
  8.  
  9. 1441790503354存进:100
  10. 账户余额:100
  11.  
  12.  
  13. 1441790504354存进:100
  14. 账户余额:100
  15.  
  16.  
  17. 1441790504354取出:100
  18. 账户余额:100
  19.  
  20.  
  21. 1441790505355存进:100
  22. 账户余额:100
  23.  
  24.  
  25. 1441790505355取出:100
  26. 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

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3. /**
  4. *@authorww
  5. *
  6. */
  7. publicclassBank{
  8.  
  9. privateintcount=0;//账户余额
  10.  
  11. //存钱
  12. publicsynchronizedvoidaddMoney(intmoney){
  13. count+=money;
  14. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);
  15. }
  16.  
  17. //取钱
  18. publicsynchronizedvoidsubMoney(intmoney){
  19. if(count-money<0){
  20. System.out.println("余额不足");
  21. return;
  22. }
  23. count-=money;
  24. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
  25. }
  26.  
  27. //查询
  28. publicvoidlookMoney(){
  29. System.out.println("账户余额:"+count);
  30. }
  31. }

再看看运行结果:

  1. 余额不足
  2. 账户余额:0
  3.  
  4.  
  5. 余额不足
  6. 账户余额:0
  7.  
  8.  
  9. 1441790837380存进:100
  10. 账户余额:100
  11.  
  12.  
  13. 1441790838380取出:100
  14. 账户余额:0
  15. 1441790838380存进:100
  16. 账户余额:100
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21. 1441790839381取出:100
  22. 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:

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3. /**
  4. *@authorww
  5. *
  6. */
  7. publicclassBank{
  8.  
  9. privateintcount=0;//账户余额
  10.  
  11. //存钱
  12. publicvoidaddMoney(intmoney){
  13.  
  14. synchronized(this){
  15. count+=money;
  16. }
  17. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);
  18. }
  19.  
  20. //取钱
  21. publicvoidsubMoney(intmoney){
  22.  
  23. synchronized(this){
  24. if(count-money<0){
  25. System.out.println("余额不足");
  26. return;
  27. }
  28. count-=money;
  29. }
  30. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
  31. }
  32.  
  33. //查询
  34. publicvoidlookMoney(){
  35. System.out.println("账户余额:"+count);
  36. }
  37. }

运行结果如下:

  1. 余额不足
  2. 账户余额:0
  3.  
  4.  
  5. 1441791806699存进:100
  6. 账户余额:100
  7.  
  8.  
  9. 1441791806700取出:100
  10. 账户余额:0
  11.  
  12.  
  13. 1441791807699存进:100
  14. 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:

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3. /**
  4. *@authorww
  5. *
  6. */
  7. publicclassBank{
  8.  
  9. privatevolatileintcount=0;//账户余额
  10.  
  11. //存钱
  12. publicvoidaddMoney(intmoney){
  13.  
  14. count+=money;
  15. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);
  16. }
  17.  
  18. //取钱
  19. publicvoidsubMoney(intmoney){
  20.  
  21. if(count-money<0){
  22. System.out.println("余额不足");
  23. return;
  24. }
  25. count-=money;
  26. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
  27. }
  28.  
  29. //查询
  30. publicvoidlookMoney(){
  31. System.out.println("账户余额:"+count);
  32. }
  33. }

运行效果怎样呢?

  1. 余额不足
  2. 账户余额:0
  3.  
  4.  
  5. 余额不足
  6. 账户余额:100
  7.  
  8.  
  9. 1441792010959存进:100
  10. 账户余额:100
  11.  
  12.  
  13. 1441792011960取出:100
  14. 账户余额:0
  15.  
  16.  
  17. 1441792011961存进:100
  18. 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:

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3. importjava.util.concurrent.locks.Lock;
  4. importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
  5.  
  6. /**
  7. *@authorww
  8. *
  9. */
  10. publicclassBank{
  11.  
  12. privateintcount=0;//账户余额
  13.  
  14. //需要声明这个锁
  15. privateLocklock=newReentrantLock();
  16.  
  17. //存钱
  18. publicvoidaddMoney(intmoney){
  19. lock.lock();//上锁
  20. try{
  21. count+=money;
  22. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);
  23.  
  24. }finally{
  25. lock.unlock();//解锁
  26. }
  27. }
  28.  
  29. //取钱
  30. publicvoidsubMoney(intmoney){
  31. lock.lock();
  32. try{
  33.  
  34. if(count-money<0){
  35. System.out.println("余额不足");
  36. return;
  37. }
  38. count-=money;
  39. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
  40. }finally{
  41. lock.unlock();
  42. }
  43. }
  44.  
  45. //查询
  46. publicvoidlookMoney(){
  47. System.out.println("账户余额:"+count);
  48. }
  49. }

运行效果怎么样呢?

  1. 余额不足
  2. 账户余额:0
  3.  
  4.  
  5. 余额不足
  6. 账户余额:0
  7.  
  8.  
  9. 1441792891934存进:100
  10. 账户余额:100
  11.  
  12.  
  13. 1441792892935存进:100
  14. 账户余额:200
  15.  
  16.  
  17. 1441792892954取出:100
  18. 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:

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3.  
  4. /**
  5. *@authorww
  6. *
  7. */
  8. publicclassBank{
  9.  
  10. privatestaticThreadLocal<Integer>count=newThreadLocal<Integer>(){
  11.  
  12. @Override
  13. protectedIntegerinitialValue(){
  14. //TODOAuto-generatedmethodstub
  15. return0;
  16. }
  17.  
  18. };
  19.  
  20.  
  21. //存钱
  22. publicvoidaddMoney(intmoney){
  23. count.set(count.get()+money);
  24. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进:"+money);
  25.  
  26. }
  27.  
  28. //取钱
  29. publicvoidsubMoney(intmoney){
  30. if(count.get()-money<0){
  31. System.out.println("余额不足");
  32. return;
  33. }
  34. count.set(count.get()-money);
  35. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
  36. }
  37.  
  38. //查询
  39. publicvoidlookMoney(){
  40. System.out.println("账户余额:"+count.get());
  41. }
  42. }

运行效果:

  1. 余额不足
  2. 账户余额:0
  3.  
  4.  
  5. 余额不足
  6. 账户余额:0
  7.  
  8.  
  9. 1441794247939存进:100
  10. 账户余额:100
  11.  
  12.  
  13. 余额不足
  14. 1441794248940存进:100
  15. 账户余额:0
  16.  
  17.  
  18. 账户余额:200
  19.  
  20.  
  21. 余额不足
  22. 账户余额:0
  23.  
  24.  
  25. 1441794249941存进:100
  26. 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

现在都明白了吧。各有优劣,各有适用场景。手工,吃饭去了。

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