五種Java多線程同步的方法

2019-11-26 14:59:25

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供稿：網友

為什么要線程同步

因為當我們有多個線程要同時訪問一個變量或對象時，如果這些線程中既有讀又有寫操作時，就會導致變量值或對象的狀態出現混亂，從而導致程序異常。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，會出現什么結果呢？取錢不成功，賬戶余額是100.取錢成功了，賬戶余額是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。

一、不同步時的代碼

Bank.java  package threadTest;  /** * @author ww * */ public class Bank {   private int count =0;//賬戶余額   //存錢  public void addMoney(int money){   count +=money;   System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  }   //取錢  public void subMoney(int money){   if(count-money < 0){    System.out.println("余額不足");    return;   }   count -=money;   System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  }   //查詢  public void lookMoney(){   System.out.println("賬戶余額："+count);  } }  SyncThreadTest.java  package threadTest;  public class SyncThreadTest {   public static void main(String args[]){   final Bank bank=new Bank();    Thread tadd=new Thread(new Runnable() {     @Override    public void run() {     // TODO Auto-generated method stub     while(true){      try {       Thread.sleep(1000);      } catch (InterruptedException e) {       // TODO Auto-generated catch block       e.printStackTrace();      }      bank.addMoney(100);      bank.lookMoney();      System.out.println("/n");      }    }   });    Thread tsub = new Thread(new Runnable() {     @Override    public void run() {     // TODO Auto-generated method stub     while(true){      bank.subMoney(100);      bank.lookMoney();      System.out.println("/n");      try {       Thread.sleep(1000);      } catch (InterruptedException e) {       // TODO Auto-generated catch block       e.printStackTrace();      }      }    }   });   tsub.start();    tadd.start();  }  }

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。

余額不足
賬戶余額：0

余額不足
賬戶余額：100

1441790503354存進：100
賬戶余額：100

1441790504354存進：100
賬戶余額：100

1441790504354取出：100
賬戶余額：100

1441790505355存進：100
賬戶余額：100

1441790505355取出：100
賬戶余額：100

二、使用同步時的代碼

（1）同步方法：

即有synchronized關鍵字修飾的方法。由于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，否則就處于阻塞狀態。

修改后的Bank.java

再看看運行結果：

余額不足
賬戶余額：0

1441790837380存進：100
賬戶余額：100

1441790838380取出：100
賬戶余額：0
1441790838380存進：100
賬戶余額：100

1441790839381取出：100
賬戶余額：0

瞬間感覺可以理解了吧。

注： 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：

package threadTest;  /** * @author ww * */ public class Bank {   private int count =0;//賬戶余額   //存錢  public void addMoney(int money){    synchronized (this) {    count +=money;   }   System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  }   //取錢  public void subMoney(int money){    synchronized (this) {    if(count-money < 0){     System.out.println("余額不足");     return;    }    count -=money;   }   System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  }   //查詢  public void lookMoney(){   System.out.println("賬戶余額："+count);  } }

運行結果如下：

余額不足
賬戶余額：0

1441791806699存進：100
賬戶余額：100

1441791806700取出：100
賬戶余額：0

1441791807699存進：100
賬戶余額：100

效果和方法一差不多。

注：同步是一種高開銷的操作，因此應該盡量減少同步的內容。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）使用特殊域變量(Volatile)實現線程同步

a.volatile關鍵字為域變量的訪問提供了一種免鎖機制
b.使用volatile修飾域相當于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類型的變量

Bank.java代碼如下：

package threadTest;  /** * @author ww * */ public class Bank {   private volatile int count = 0;// 賬戶余額   // 存錢  public void addMoney(int money) {    count += money;   System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);  }   // 取錢  public void subMoney(int money) {    if (count - money < 0) {    System.out.println("余額不足");    return;   }   count -= money;   System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  }   // 查詢  public void lookMoney() {   System.out.println("賬戶余額：" + count);  } }

運行效果怎樣呢？

余額不足
賬戶余額：0

余額不足
賬戶余額：100

1441792010959存進：100
賬戶余額：100

1441792011960取出：100
賬戶余額：0

1441792011961存進：100
賬戶余額：100

是不是又看不懂了，又亂了。這是為什么呢？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修飾的變量時都是從內存中讀取，而不是存緩存當中讀取，因此每個線程訪問到的變量值都是一樣的。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接口的鎖，它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行為和語義，并且擴展了其能力。
ReenreantLock類的常用方法有：
ReentrantLock() : 創建一個ReentrantLock實例
lock() : 獲得鎖
unlock() : 釋放鎖
注：ReentrantLock()還有一個可以創建公平鎖的構造方法，但由于能大幅度降低程序運行效率，不推薦使用
Bank.java代碼修改如下：

package threadTest;  import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  /** * @author ww * */ public class Bank {   private int count = 0;// 賬戶余額   //需要聲明這個鎖  private Lock lock = new ReentrantLock();   // 存錢  public void addMoney(int money) {   lock.lock();//上鎖   try{   count += money;   System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);    }finally{    lock.unlock();//解鎖   }  }   // 取錢  public void subMoney(int money) {   lock.lock();   try{    if (count - money < 0) {    System.out.println("余額不足");    return;   }   count -= money;   System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);   }finally{    lock.unlock();   }  }   // 查詢  public void lookMoney() {   System.out.println("賬戶余額：" + count);  } }

運行效果怎么樣呢？

余額不足
賬戶余額：0

1441792891934存進：100
賬戶余額：100

1441792892935存進：100
賬戶余額：200

1441792892954取出：100
賬戶余額：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，此時要注意及時釋放鎖，否則會出現死鎖，通常在finally代碼釋放鎖

（5）使用局部變量實現線程同步

Bank.java代碼如下：

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;   }   };   // 存錢  public void addMoney(int money) {   count.set(count.get()+money);   System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);   }   // 取錢  public void subMoney(int money) {   if (count.get() - money < 0) {    System.out.println("余額不足");    return;   }   count.set(count.get()- money);   System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  }   // 查詢  public void lookMoney() {   System.out.println("賬戶余額：" + count.get());  } }

運行效果：

余額不足
賬戶余額：0

1441794247939存進：100
賬戶余額：100

余額不足
1441794248940存進：100
賬戶余額：0

賬戶余額：200

余額不足
賬戶余額：0

1441794249941存進：100
賬戶余額：300

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

如果使用ThreadLocal管理變量，則每一個使用該變量的線程都獲得該變量的副本，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量副本，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與同步機制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題
b.前者采用以”空間換時間”的方法，后者采用以”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，希望本文可以對大家更深入的了解Java 多線程同步有所幫助。