Java學習筆記---多線程同步的五種方法

来源:http://www.cnblogs.com/8hao/archive/2016/03/02/5235435.html
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一、引言 前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎知識必須得重新拿起來啊。閑話不多說，進入正題。 二、為什麼要線程同步 因為當我們有多個線程要同時訪問一個變數或對象時，如果這些線程中既有讀又有寫操作時，就會導致變數值或對象的狀態出現混亂，從而導致程式異常。舉個例子，如果一個銀行賬戶同時被兩個線程操作，一個


一、引言

前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎知識必須得重新拿起來啊。閑話不多說，進入正題。

二、為什麼要線程同步

因為當我們有多個線程要同時訪問一個變數或對象時，如果這些線程中既有讀又有寫操作時，就會導致變數值或對象的狀態出現混亂，從而導致程式異常。舉個例子，如果一個銀行賬戶同時被兩個線程操作，一個取100塊，一個存錢100塊。假設賬戶原本有0塊，如果取錢線程和存錢線程同時發生，會出現什麼結果呢？取錢不成功，賬戶餘額是100.取錢成功了，賬戶餘額是0.那到底是哪個呢？很難說清楚。因此多線程同步就是要解決這個問題。

三、不同步時的代碼

Bank.java

  1. packagethreadTest;
  2.  
  3. /**
  4. *@authorww
  5. *
  6. */
  7. publicclassBank{
  8.  
  9. privateintcount=0;//賬戶餘額
  10.  
  11. //存錢
  12. publicvoidaddMoney(intmoney){
  13. count+=money;
  14. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
  15. }
  16.  
  17. //取錢
  18. publicvoidsubMoney(intmoney){
  19. if(count-money<0){
  20. System.out.println("餘額不足");
  21. return;
  22. }
  23. count-=money;
  24. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
  25. }
  26.  
  27. //查詢
  28. publicvoidlookMoney(){
  29. System.out.println("賬戶餘額："+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. }

代碼很簡單，我就不解釋了，看看運行結果怎樣呢？截取了其中的一部分，是不是很亂，有寫看不懂。

  1. 餘額不足
  2. 賬戶餘額：0
  3.  
  4.  
  5. 餘額不足
  6. 賬戶餘額：100
  7.  
  8.  
  9. 1441790503354存進：100
  10. 賬戶餘額：100
  11.  
  12.  
  13. 1441790504354存進：100
  14. 賬戶餘額：100
  15.  
  16.  
  17. 1441790504354取出：100
  18. 賬戶餘額：100
  19.  
  20.  
  21. 1441790505355存進：100
  22. 賬戶餘額：100
  23.  
  24.  
  25. 1441790505355取出：100
  26. 賬戶餘額：100

四、使用同步時的代碼

（1）同步方法：

即有synchronized關鍵字修飾的方法。由於java的每個對象都有一個內置鎖，當用此關鍵字修飾方法時，內置鎖會保護整個方法。在調用該方法前，需要獲得內置鎖，否則就處於阻塞狀態。

修改後的Bank.java

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

再看看運行結果：

  1. 餘額不足
  2. 賬戶餘額：0
  3.  
  4.  
  5. 餘額不足
  6. 賬戶餘額：0
  7.  
  8.  
  9. 1441790837380存進：100
  10. 賬戶餘額：100
  11.  
  12.  
  13. 1441790838380取出：100
  14. 賬戶餘額：0
  15. 1441790838380存進：100
  16. 賬戶餘額：100
  17.  
  18.  
  19.  
  20.  
  21. 1441790839381取出：100
  22. 賬戶餘額：0

瞬間感覺可以理解了吧。

註： synchronized關鍵字也可以修飾靜態方法，此時如果調用該靜態方法，將會鎖住整個類

（2）同步代碼塊

即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。被該關鍵字修飾的語句塊會自動被加上內置鎖，從而實現同步

Bank.java代碼如下：

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

運行結果如下：

  1. 餘額不足
  2. 賬戶餘額：0
  3.  
  4.  
  5. 1441791806699存進：100
  6. 賬戶餘額：100
  7.  
  8.  
  9. 1441791806700取出：100
  10. 賬戶餘額：0
  11.  
  12.  
  13. 1441791807699存進：100
  14. 賬戶餘額：100

效果和方法一差不多。

註：同步是一種高開銷的操作，因此應該儘量減少同步的內容。通常沒有必要同步整個方法，使用synchronized代碼塊同步關鍵代碼即可。

（3）使用特殊域變數(volatile)實現線程同步

a.volatile關鍵字為域變數的訪問提供了一種免鎖機制
b.使用volatile修飾域相當於告訴虛擬機該域可能會被其他線程更新
c.因此每次使用該域就要重新計算，而不是使用寄存器中的值
d.volatile不會提供任何原子操作，它也不能用來修飾final類型的變數

Bank.java代碼如下：

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

運行效果怎樣呢？

  1. 餘額不足
  2. 賬戶餘額：0
  3.  
  4.  
  5. 餘額不足
  6. 賬戶餘額：100
  7.  
  8.  
  9. 1441792010959存進：100
  10. 賬戶餘額：100
  11.  
  12.  
  13. 1441792011960取出：100
  14. 賬戶餘額：0
  15.  
  16.  
  17. 1441792011961存進：100
  18. 賬戶餘額：100

是不是又看不懂了，又亂了。這是為什麼呢？就是因為volatile不能保證原子操作導致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile會組織編譯器對代碼優化，因此能不使用它就不適用它吧。它的原理是每次要線程要訪問volatile修飾的變數時都是從記憶體中讀取，而不是存緩存當中讀取，因此每個線程訪問到的變數值都是一樣的。這樣就保證了同步。

（4）使用重入鎖實現線程同步

在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了Lock介面的鎖，它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行為和語義，並且擴展了其能力。
ReenreantLock類的常用方法有：
ReentrantLock() : 創建一個ReentrantLock實例
lock() : 獲得鎖
unlock() : 釋放鎖
註：ReentrantLock()還有一個可以創建公平鎖的構造方法，但由於能大幅度降低程式運行效率，不推薦使用
Bank.java代碼修改如下：

  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;//賬戶餘額
  13.  
  14. //需要聲明這個鎖
  15. privateLocklock=newReentrantLock();
  16.  
  17. //存錢
  18. publicvoidaddMoney(intmoney){
  19. lock.lock();//上鎖
  20. try{
  21. count+=money;
  22. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
  23.  
  24. }finally{
  25. lock.unlock();//解鎖
  26. }
  27. }
  28.  
  29. //取錢
  30. publicvoidsubMoney(intmoney){
  31. lock.lock();
  32. try{
  33.  
  34. if(count-money<0){
  35. System.out.println("餘額不足");
  36. return;
  37. }
  38. count-=money;
  39. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
  40. }finally{
  41. lock.unlock();
  42. }
  43. }
  44.  
  45. //查詢
  46. publicvoidlookMoney(){
  47. System.out.println("賬戶餘額："+count);
  48. }
  49. }

運行效果怎麼樣呢？

  1. 餘額不足
  2. 賬戶餘額：0
  3.  
  4.  
  5. 餘額不足
  6. 賬戶餘額：0
  7.  
  8.  
  9. 1441792891934存進：100
  10. 賬戶餘額：100
  11.  
  12.  
  13. 1441792892935存進：100
  14. 賬戶餘額：200
  15.  
  16.  
  17. 1441792892954取出：100
  18. 賬戶餘額：100

效果和前兩種方法差不多。

如果synchronized關鍵字能滿足用戶的需求，就用synchronized，因為它能簡化代碼 。如果需要更高級的功能，就用ReentrantLock類，此時要註意及時釋放鎖，否則會出現死鎖，通常在finally代碼釋放鎖

（5）使用局部變數實現線程同步

Bank.java代碼如下：

  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. //存錢
  22. publicvoidaddMoney(intmoney){
  23. count.set(count.get()+money);
  24. System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
  25.  
  26. }
  27.  
  28. //取錢
  29. publicvoidsubMoney(intmoney){
  30. if(count.get()-money<0){
  31. System.out.println("餘額不足");
  32. return;
  33. }
  34. count.set(count.get()-money);
  35. System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
  36. }
  37.  
  38. //查詢
  39. publicvoidlookMoney(){
  40. System.out.println("賬戶餘額："+count.get());
  41. }
  42. }

運行效果：

  1. 餘額不足
  2. 賬戶餘額：0
  3.  
  4.  
  5. 餘額不足
  6. 賬戶餘額：0
  7.  
  8.  
  9. 1441794247939存進：100
  10. 賬戶餘額：100
  11.  
  12.  
  13. 餘額不足
  14. 1441794248940存進：100
  15. 賬戶餘額：0
  16.  
  17.  
  18. 賬戶餘額：200
  19.  
  20.  
  21. 餘額不足
  22. 賬戶餘額：0
  23.  
  24.  
  25. 1441794249941存進：100
  26. 賬戶餘額：300

看了運行效果，一開始一頭霧水，怎麼只讓存，不讓取啊？看看ThreadLocal的原理：

如果使用ThreadLocal管理變數，則每一個使用該變數的線程都獲得該變數的副本，副本之間相互獨立，這樣每一個線程都可以隨意修改自己的變數副本，而不會對其他線程產生影響。現在明白了吧，原來每個線程運行的都是一個副本，也就是說存錢和取錢是兩個賬戶，知識名字相同而已。所以就會發生上面的效果。

ThreadLocal與同步機制
a.ThreadLocal與同步機制都是為瞭解決多線程中相同變數的訪問衝突問題

b.前者採用以"空間換時間"的方法，後者採用以"時間換空間"的方式

現在都明白了吧。各有優劣，各有適用場景。手工，吃飯去了。

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