java實現同步的方法

本文轉載自查看原文 2018-02-28 18:46 4383 java基礎

為何要實現同步

java允許多線程並發控制，當多個線程同時操作一個可共享的資源變量時（如數據的增刪改查），將會導致數據不准確，相互之間產生沖突，因此加入同步鎖以避免在該線程沒有完成操作之前，被其他線程的調用，從而保證了該變量的唯一性和准確性。

一、實例

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。但哪個余額對應哪個呢？很難說清楚，因此多線程的同步問題就應運而生。

二、不使用同步的情況

 1 public class Bank {
 2 
 3     private int count =0;//賬戶余額
 4     
 5     //存錢
 6     public  void addMoney(int money){
 7         count +=money;
 8         System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
 9     }
10     
11     //取錢
12     public  void subMoney(int money){
13         if(count-money < 0){
14             System.out.println("余額不足");
15             return;
16         }
17         count -=money;
18         System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
19     }
20     
21     //查詢
22     public void lookMoney(){
23         System.out.println("賬戶余額："+count);
24     }
25 }

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();
    }
}

運行結果

1502542307917取出：100
賬號余額：100


1502542308917存進:100
1502542308917取出：100
賬號余額：0


賬號余額：0


1502542309917存進:100
賬號余額：0


1502542309917取出：100
賬號余額：0

此時出現了非線程安全問題，因為兩個線程同時訪問一個沒有同步的方法，如果這兩個線程同時操作業務對象中的實例變量，就有可能出現非線程安全問題。

解決方案：只需要在public void run()前面加synchronized關鍵詞即可。

三同步方法

　　同步方法1 synchronized關鍵字修飾方法

　　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，否則就處於阻塞狀態。代碼如： public synchronized void save(){}

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

public class Bank {

    private int count =0;//賬戶余額
    
    //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("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

余額不足
賬號余額：0


1502543814934存進:100
賬號余額：100


1502543815934存進:100
賬號余額：200


1502543815934取出：100
賬號余額：100

這樣就實現了線程同步

同步方法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

代碼如：

synchronized(object){

}

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。

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


余額不足
賬戶余額：100


1502544966411存進：100
賬戶余額：100


1502544967411存進：100
賬戶余額：100


1502544967411取出：100
賬戶余額：100


1502544968422取出：100

這樣也實現了線程同步，運行效率上來說也比方法同步效率高，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。

同步方法3 使用特殊域變量(volatile)實現線程同步

a.volatile關鍵字為成員變量變量的訪問提供了一種免鎖機制，

b.使用volatile修飾成員變量相當於告訴虛擬機該域可能會被其他線程更新，

c.因此每次使用該成員變量就要重新計算，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 com.thread.demo;

/**
 * Created by HJS on 2017/8/12.
 */
public class Bank {
    private volatile 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

余額不足
賬戶余額：0


余額不足
賬戶余額：100


1502546287474存進：100
賬戶余額：100


1502546288474存進：100
1502546288474取出：100
賬戶余額：100

此時，順序又亂了，說明同步又出現了問題，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。

同步方法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，並且擴展了其能力。
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，但由於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：

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);
    }
}

運行結果

余額不足
賬戶余額：0


1502547439892存進：100
賬戶余額：100


1502547440892存進：100
賬戶余額：200


1502547440892取出：100
賬戶余額：100

注：關於Lock對象和synchronized關鍵字的選擇：

a.最好兩個都不用，使用一種java.util.concurrent包提供的機制，

能夠幫助用戶處理所有與鎖相關的代碼。

b.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

c.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。

同步的方法使用局部變量實現線程同步

代碼入下

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());
    }
}

運行結果如下

余額不足
賬戶余額：0


余額不足
1502547748383存進：100
賬戶余額：100
賬戶余額：0




余額不足
賬戶余額：0


1502547749383存進：100
賬戶余額：200

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 類的常用方法

ThreadLocal() : 創建一個線程本地變量

　　get() : 返回此線程局部變量的當前線程副本中的值

　　initialValue() : 返回此線程局部變量的當前線程的"初始值"

　　set(T value) : 將此線程局部變量的當前線程副本中的值設置為value

注：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

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