Java中实现线程同步的几种常用方式

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Java中实现线程同步的几种常用方式

2024-07-04 16:22| 来源: 网络整理| 查看: 265

首先讲一下为什么要实现线程同步：

java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时（如数据的增删改查），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，被其他线程的调用，从而保证了该变量的唯一性和准确性。

下面的例子展示了线程冲突导致的问题：

//新建Bank类，它包含了存钱、取钱、余额查询的相关方法 public class Bank { private int count = 0; //存钱 public void addMoney(int money){ count +=money; System.out.println("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("取出："+money); } //查询 public void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } } //编写两个线程同时进行存取款 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(10); } 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(10); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } }); tsub.start(); tadd.start(); } } //执行结果余额不足账户余额：0 余额不足存进：100 账户余额：100 账户余额：100 取出：100 存进：100 账户余额：100 账户余额：100 存进：100 取出：100 账户余额：100 账户余额：100 取出：100 账户余额：100 存进：100 账户余额：100 存进：100 账户余额：200 取出：100 账户余额：200

从上例中可以看出在没有线程同步的时候，读取出的账户余额是混乱的，不准确的。

下面看一下实现线程同步的常用方法

1、使用syncronized关键字

使用syncronized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： 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

修饰后Bank代码如下：

public class Bank { private int count = 0; //存钱 public synchronized void addMoney(int money){ count +=money; System.out.println("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("取出："+money); } //查询 public synchronized void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } } //执行后输出余额不足账户余额：0 余额不足存进：100 账户余额：100 账户余额：100 取出：100 账户余额：0 存进：100 账户余额：100 存进：100 账户余额：200 取出：100 账户余额：100 存进：100 账户余额：200 取出：100 账户余额：100 取出：100 账户余额：0 存进：100 账户余额：100

可见同步后查询出的结果正确

2、使用syncronized关键字修饰代码块

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，从而实现同步代码如： synchronized(object){ } 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。括号内的内容可以是自己定义的锁对象，参考之前的文章《Java多线程实现的几种方式》中模拟售票程序中使用的同步代码块。

3、使用volatile关键字 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); } } //此时结果余额不足账户余额：0 余额不足账户余额：100 1539781839026存进：100 账户余额：100 1539781839036存进：100 账户余额：100 1539781839036取出：100 账户余额：100 1539781839046存进：100 1539781839046取出：100 账户余额：200 账户余额：200 1539781839056取出：100 1539781839056存进：100 账户余额：200

此时，顺序又乱了，说明同步又出现了问题，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

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：

import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 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); } } //运行结果余额不足账户余额：0 余额不足账户余额：0 1539782304062存进：100 账户余额：100 1539782304072存进：100 账户余额：200 1539782304072取出：100 账户余额：100 1539782304082存进：100 账户余额：200 1539782304083取出：100 账户余额：100 1539782304092存进：100 账户余额：200 1539782304093取出：100 账户余额：100

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。

synchronized的缺点是啥呢：

1）不能响应中断；

2）同一时刻不管是读还是写都只能有一个线程对共享资源操作，其他线程只能等待

3）锁的释放由虚拟机来完成，不用人工干预，不过此即使缺点也是优点，优点是不用担心会造成死锁，缺点是由可能获取到锁的线程阻塞之后其他线程会一直等待，性能不高。

而lock接口的提出就是为了完善synchronized的不完美的，首先lock是基于jdk层面实现的接口，和虚拟机层面不是一个概念；其次对于lock对象中的多个方法的调用，可以灵活控制对共享资源变量的操作，不管是读操作还是写操作；

那么lock和synchronized的区别对比如下： 1）synchronized 在成功完成功能或者抛出异常时，虚拟机会自动释放线程占有的锁；而Lock对象在发生异常时，如果没有主动调用unLock()方法去释放锁，则锁对象会一直持有，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁； 2）lock接口锁可以通过多种方法来尝试获取锁包括立即返回是否成功的tryLock(),以及一直尝试获取的lock()方法和尝试等待指定时间长度获取的方法，相对灵活了许多比synchronized; 3) 通过在读多，写少的高并发情况下，我们用ReentrantReadWriteLock分别获取读锁和写锁来提高系统的性能，因为读锁是共享锁，即可以同时有多个线程读取共享资源，而写锁则保证了对共享资源的修改只能是单线程的。

5、使用局部变量同步线程 public class Bank { private static ThreadLocal count = new ThreadLocal(){ @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()); } } 余额不足账户余额：0 余额不足账户余额：0 1539783023361存进：100 账户余额：100 余额不足 1539783023371存进：100 账户余额：200 账户余额：0 余额不足账户余额：0 1539783023381存进：100 账户余额：300 余额不足 1539783023391存进：100 账户余额：400 账户余额：0 余额不足 1539783023401存进：100 账户余额：0 账户余额：500 余额不足 1539783023411存进：100 账户余额：0

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。

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 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

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