线程同步(7种同步方法)
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为什么要使用同步?
java允许多线程并发控制,当多线程同时操作一个可共享的资源变量时,将会导致数据不准确,相互之间产生冲突,因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前,被其他线程调用,从而保证了该变量的唯一性和准确性
1、同步方法
synchronized关键字修饰方法。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。
代码如下:
public synchronized void save(){}
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
synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动加上内置锁,从而实现同步
代码如下:
synchronized(object){}
注:同步是一种高开销的操作,因此应该尽量减少同步内容。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
代码实例:
package com.xhj.thread;/*** 线程同步的运用* * @author XIEHEJUN* */public class SynchronizedThread {class Bank {private int account = 100;public int getAccount() {return account;}/*** 用同步方法实现* * @param money*/public synchronized void save(int money) {account += money;}/*** 用同步代码块实现* * @param money*/public void save1(int money) {synchronized (this) {account += money;}}}class NewThread implements Runnable {private Bank bank;public NewThread(Bank bank) {this.bank = bank;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {// bank.save1(10);bank.save(10);System.out.println(i + "账户余额为:" + bank.getAccount());}}}/*** 建立线程,调用内部类*/public void useThread() {Bank bank = new Bank();NewThread new_thread = new NewThread(bank);System.out.println("线程1");Thread thread1 = new Thread(new_thread);thread1.start();System.out.println("线程2");Thread thread2 = new Thread(new_thread);thread2.start();}public static void main(String[] args) {SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();st.useThread();}}
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被其他现象更新
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
例如:上面的例子当中,只需在account前面加上volatile修饰,即可实现线程同步
代码实例:
//只给出要修改的代码,其余代码与上同class Bank {//需要同步的变量加上volatileprivate volatile int account = 100;public int getAccount() {return account;}//这里不再需要synchronized public void save(int money) {account += money;}}
注:多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上,如果让域自身避免这个问题,则就不需要修改操作该域的方法。用final域,有锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题
4:使用重入锁实现线程同步
在javaSE5.0新增了一个java.concurrent包来支持同步。ReentrantLock类可以重入、互斥、实现了Lock接口的锁,它与使用synchronized方法和快具体相同的基本行为和语义,并且扩展了其能力
ReentrantLock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共锁的构造方法,但由于能大幅度降低程序运行效率,不推荐使用
代码实例:
//只给出要修改的代码,其余代码与上同class Bank {private int account = 100;//需要声明这个锁private Lock lock = new ReentrantLock();public int getAccount() {return account;}//这里不再需要synchronized public void save(int money) {lock.lock();try{account += money;}finally{lock.unlock();}}}
注:关于Lock对象和synchronized关键字的选择:
a.最好两个都不用,使用一种java.util.concurrent包提供的机制,能够帮助用户处理所有与锁相关的代码
b.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
c.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
如果使用ThreadLocal管理变量,则每一个使用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。
ThreadLocal类的常用方法
ThreadLocal():创建一个线程本地变量
get():返回此线程局部变量的当前线程副本中的值
initialValue():返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”
set(T value):将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value
实例代码:
//只改Bank类,其余代码与上同public class Bank{//使用ThreadLocal类管理共享变量accountprivate static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){@Overrideprotected Integer initialValue(){return 100;}};public void save(int money){account.set(account.get()+money);}public int getAccount(){return account.get();}}
注: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
6.使用阻塞队列实现线程同步
前面5种同步方法都是在底层实现的线程同步,但还是我们在实际开发当中,应当尽量远离底层结构。使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包将有助于简化开发。本小节主要使用LinkedBlockingQueue<E>来实现线程的同步,LinkedBlocking<E>来实现线程同步LinkedBlockingQueue<E>是一个基于已连接节点的,范围任意的blocking queue 队列是先进先出的顺序。
LinkedBlockingQueue 类常用方法
LinkedBlockingQueue() : 创建一个容量为Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue
put(E e) : 在队尾添加一个元素,如果队列满则阻塞
size() : 返回队列中的元素个数
take() : 移除并返回队头元素,如果队列空则阻塞
代码实例:
实现商家生产商品和买卖商品的同步
package com.xhj.thread;import java.util.Random;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;/*** 用阻塞队列实现线程同步 LinkedBlockingQueue的使用* * @author XIEHEJUN* */
public class BlockingSynchronizedThread {/*** 定义一个阻塞队列用来存储生产出来的商品*/private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();/*** 定义生产商品个数*/private static final int size = 10;/*** 定义启动线程的标志,为0时,启动生产商品的线程;为1时,启动消费商品的线程*/private int flag = 0;private class LinkBlockThread implements Runnable {@Overridepublic void run() {int new_flag = flag++;System.out.println("启动线程 " + new_flag);if (new_flag == 0) {for (int i = 0; i < size; i++) {int b = new Random().nextInt(255);System.out.println("生产商品:" + b + "号");try {queue.put(b);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println("仓库中还有商品:" + queue.size() + "个");try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}} else {for (int i = 0; i < size / 2; i++) {try {int n = queue.take();System.out.println("消费者买去了" + n + "号商品");} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}System.out.println("仓库中还有商品:" + queue.size() + "个");try {Thread.sleep(100);} catch (Exception e) {// TODO: handle exception}}}}}public static void main(String[] args) {BlockingSynchronizedThread bst = new BlockingSynchronizedThread();LinkBlockThread lbt = bst.new LinkBlockThread();Thread thread1 = new Thread(lbt);Thread thread2 = new Thread(lbt);thread1.start();thread2.start();}}
注:BlockingQueue<E>定义了阻塞队列的常用方法,尤其是三种添加元素的方法,我们要多加注意,当队列满时:
add()方法会抛出异常
offer()方法返回false
put()方法会阻塞
7.使用原子变量实现线程同步
需要使用线程同步的根本原因在于对普通变量的操作不是原子的。
那么什么是原子操作呢?
原子操作就是指将读取变量值、修改变量值、保存变量值看成一个整体来操作
即-这几种行为要么同时完成,要么都不完成。
在java的util.concurrent.atomic包中提供了创建了原子类型变量的工具类,
使用该类可以简化线程同步。
其中AtomicInteger 表可以用原子方式更新int的值,可用在应用程序中(如以原子方式增加的计数器),
但不能用于替换Integer;可扩展Number,允许那些处理机遇数字类的工具和实用工具进行统一访问。
AtomicInteger类常用方法:
AtomicInteger(int initialValue) : 创建具有给定初始值的新的AtomicInteger
addAddGet(int dalta) : 以原子方式将给定值与当前值相加
get() : 获取当前值
代码实例:
只改Bank类,其余代码与上面第一个例子同
class Bank {private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);public AtomicInteger getAccount() {return account;}public void save(int money) {account.addAndGet(money);}}
补充--原子操作主要有:
对于引用变量和大多数原始变量(long和double除外)的读写操作;
对于所有使用volatile修饰的变量(包括long和double)的读写操作。
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