线程同步的几种实现方法
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
- package threadTest;
- /**
- * @author ww
- *
- */
- public class Bank {
- private 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);
- }
- }
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。
- 余额不足
- 账户余额:0
- 余额不足
- 账户余额:100
- 1441790503354存进:100
- 账户余额:100
- 1441790504354存进:100
- 账户余额:100
- 1441790504354取出:100
- 账户余额:100
- 1441790505355存进:100
- 账户余额:100
- 1441790505355取出:100
- 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
- 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
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:
- 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);
- }
- }
运行效果怎么样呢?
- 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
Bank.java代码如下:
- 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
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。
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
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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