Java學習筆記---多線程同步的五種方法，java學習筆記

Java學習筆記---多線程同步的五種方法，java學習筆記
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

package threadTest;/** * @author ww * */public class Bank {private int count =0;//賬戶餘額//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("餘額不足");return;}count -=money;System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);}//查詢public void lookMoney(){System.out.println("賬戶餘額："+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() {@Overridepublic void run() {// TODO Auto-generated method stubwhile(true){try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}bank.addMoney(100);bank.lookMoney();System.out.println("\n");}}});Thread tsub = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// TODO Auto-generated method stubwhile(true){bank.subMoney(100);bank.lookMoney();System.out.println("\n");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.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。

餘額不足賬戶餘額：0餘額不足賬戶餘額：1001441790503354存進：100賬戶餘額：1001441790504354存進：100賬戶餘額：1001441790504354取出：100賬戶餘額：1001441790505355存進：100賬戶餘額：1001441790505355取出：100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建鎖，當用此關鍵字修飾方法時，內建鎖會保護整個方法。在調用該方法前，需要獲得內建鎖，否則就處於阻塞狀態。

修改後的Bank.java

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

再看看運行結果：

餘額不足賬戶餘額：0餘額不足賬戶餘額：01441790837380存進：100賬戶餘額：1001441790838380取出：100賬戶餘額：01441790838380存進：100賬戶餘額：1001441790839381取出：100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建鎖，從而實現同步

Bank.java代碼如下：

package threadTest;/** * @author ww * */public class Bank {private int count =0;//賬戶餘額//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("餘額不足");return;}count -=money;}System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);}//查詢public void lookMoney(){System.out.println("賬戶餘額："+count);}}

運行結果如下：

餘額不足賬戶餘額：01441791806699存進：100賬戶餘額：1001441791806700取出：100賬戶餘額：01441791807699存進：100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器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：

package threadTest;/** * @author ww * */public class Bank {private volatile int count = 0;// 賬戶餘額// 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("餘額不足");return;}count -= money;System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);}// 查詢public void lookMoney() {System.out.println("賬戶餘額：" + count);}}

運行效果怎樣呢？

餘額不足賬戶餘額：0餘額不足賬戶餘額：1001441792010959存進：100賬戶餘額：1001441792011960取出：100賬戶餘額：01441792011961存進：100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最佳化，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，而不是存緩衝當中讀取，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包來支援同步。ReentrantLock類是可重新進入、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，並且擴充了其能力。
     ReenreantLock類的常用方法有：
         ReentrantLock() : 建立一個ReentrantLock執行個體 
         lock() : 獲得鎖 
         unlock() : 釋放鎖 
    註：ReentrantLock()還有一個可以建立公平鎖的構造方法，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：

package threadTest;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/** * @author ww * */public class Bank {private  int count = 0;// 賬戶餘額//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("餘額不足");return;}count -= money;System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);}finally{lock.unlock();}}// 查詢public void lookMoney() {System.out.println("賬戶餘額：" + count);}}

運行效果怎麼樣呢？

餘額不足賬戶餘額：0餘額不足賬戶餘額：01441792891934存進：100賬戶餘額：1001441792892935存進：100賬戶餘額：2001441792892954取出：100賬戶餘額：100

效果和前兩種方法差不多。

如果synchronized關鍵字能滿足使用者的需求，就用synchronized，因為它能簡化代碼 。如果需要更進階的功能，就用ReentrantLock類，此時要注意及時釋放鎖，否則會出現死結，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：

package threadTest;/** * @author ww * */public class Bank {private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){@Overrideprotected Integer initialValue() {// TODO Auto-generated method stubreturn 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("餘額不足");return;}count.set(count.get()- money);System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);}// 查詢public void lookMoney() {System.out.println("賬戶餘額：" + count.get());}}

運行效果：

餘額不足賬戶餘額：0餘額不足賬戶餘額：01441794247939存進：100賬戶餘額：100餘額不足1441794248940存進：100賬戶餘額：0賬戶餘額：200餘額不足賬戶餘額：01441794249941存進：100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，原來每個線程啟動並執行都是一個副本，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存取違規問題
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，各有適用情境。手工，吃飯去了。

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