Java线程同步方法实例总结

本文实例讲述了java线程同步方法。分享给大家供大家参考，具体如下：

1. semaphore

1.1 二进制semaphore

semaphore算是比较高级点的线程同步工具了，在许多其他语言里也有类似的实现。semaphore有一个最大的好处就是在初始化时，可以显式的控制并发数。其内部维护这一个c计数器，当计数器小于等于0时，是不允许其他线程访问并发区域的，反之则可以，因此，若将并发数设置为1，则可以确保单一线程同步。下面的例子模拟多线程打印，每个线程提交打印申请，然后执行打印，最后宣布打印结束，代码如下：

import java.util.concurrent.semaphore;
public class program{
    public static void main(string[] agrs){
        printqueue p=new printqueue();
        thread[] ths=new thread[10];
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i]=new thread(new job(p),"thread"+i);
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i].start();
        }
    }
}
class printqueue{
    private semaphore s;
    public printqueue(){
        s=new semaphore(1);//二进制信号量
    }
    public void printjob(object document){
        try{
            s.acquire();
            long duration=(long)(math.random()*100);
            system.out.printf("线程名：%s 睡眠：%d",thread.currentthread().getname(),duration);
            thread.sleep(duration);
        }
        catch(interruptedexception e){
            e.printstacktrace();
        }
        finally{
            s.release();
        }
    }
}
class job implements runnable{
    private printqueue p;
    public job(printqueue p){
        this.p=p;
    }
    @override
    public void run(){
        system.out.printf("%s:正在打印一个任务\n ",thread.currentthread().getname());
        this.p.printjob(new object());
        system.out.printf("%s:文件已打印完毕\n ",thread.currentthread().getname());
    }
}

执行结果如下：

 thread0:正在打印一个任务
 thread9:正在打印一个任务
 thread8:正在打印一个任务
 thread7:正在打印一个任务
 thread6:正在打印一个任务
 thread5:正在打印一个任务
 thread4:正在打印一个任务
 thread3:正在打印一个任务
 thread2:正在打印一个任务
 thread1:正在打印一个任务
 线程名：thread0 睡眠：32  thread0:文件已打印完毕
 线程名：thread9 睡眠：44  thread9:文件已打印完毕
 线程名：thread8 睡眠：45  thread8:文件已打印完毕
 线程名：thread7 睡眠：65  thread7:文件已打印完毕
 线程名：thread6 睡眠：12  thread6:文件已打印完毕
 线程名：thread5 睡眠：72  thread5:文件已打印完毕
 线程名：thread4 睡眠：98  thread4:文件已打印完毕
 线程名：thread3 睡眠：58  thread3:文件已打印完毕
 线程名：thread2 睡眠：24  thread2:文件已打印完毕
 线程名：thread1 睡眠：93  thread1:文件已打印完毕

可以看到，所有线程提交打印申请后，按照并发顺序一次执行，没有任何并发冲突，谁先获得信号量，谁就先执行，其他剩余线程均等待。这里面还有一个公平信号与非公平信号之说：基本上java所有的多线程工具都支持初始化的时候指定一个布尔变量，true时表明公平，即所有处于等待的线程被筛选的条件为“谁等的时间长就选谁进行执行”，有点first in first out的感觉，而false时则表明不公平（默认是不non-fairness），即所有处于等待的线程被筛选执行是随机的。这也就是为什么多线程往往执行顺序比较混乱的原因。

1.2 多重并发控制

若将上面的代码改为s=new semaphore(3);//即让其每次可以并发3条线程，则输出如下：

thread0:正在打印一个任务
 thread9:正在打印一个任务
 thread8:正在打印一个任务
 thread7:正在打印一个任务
 thread6:正在打印一个任务
 thread5:正在打印一个任务
 thread3:正在打印一个任务
 thread4:正在打印一个任务
 thread2:正在打印一个任务
 thread1:正在打印一个任务
 线程名：thread9 睡眠：26线程名：thread8 睡眠：46线程名：thread0 睡眠：79  thread9:文件已打印完毕
 线程名：thread7 睡眠：35  thread8:文件已打印完毕
 线程名：thread6 睡眠：90  thread7:文件已打印完毕
 线程名：thread5 睡眠：40  thread0:文件已打印完毕
 线程名：thread3 睡眠：84  thread5:文件已打印完毕
 线程名：thread4 睡眠：13  thread4:文件已打印完毕
 线程名：thread2 睡眠：77  thread6:文件已打印完毕
 线程名：thread1 睡眠：12  thread1:文件已打印完毕
   thread3:文件已打印完毕
   thread2:文件已打印完毕

很明显已经并发冲突了。若要实现分组（每组3个）并发吗，则每一组也要进行同步，代码修改如下：

import java.util.concurrent.semaphore;
import java.util.concurrent.locks.lock;
import java.util.concurrent.locks.reentrantlock;
public class program{
    public static void main(string[] agrs){
        printqueue p=new printqueue();
        thread[] ths=new thread[10];
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i]=new thread(new job(p),"thread"+i);
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i].start();
        }
    }
}
class printqueue{
    private semaphore s;
    private boolean[] freeprinters;
    private lock lock;
    public printqueue(){
        s=new semaphore(3);//二进制信号量
        freeprinters=new boolean[3];
        for(int i=0;i<3;i++){
            freeprinters[i]=true;
        }
        lock=new reentrantlock();
    }
    public void printjob(object document){
        try{
            s.acquire();
            int printerindex=getindex();
                long duration=(long)(math.random()*100);
                system.out.printf("线程名：%s 睡眠：%d\n",thread.currentthread().getname(),duration);
                thread.sleep(duration);
                freeprinters[printerindex]=true;//恢复信号，供下次使用
        }
        catch(interruptedexception e){
            e.printstacktrace();
        }
        finally{
            s.release();
        }
    }
    //返回一个内部分组后的同步索引
    public int getindex(){
        int index=-1;
        try{
            lock.lock();
            for(int i=0;i<freeprinters.length;i++){
                if(freeprinters[i]){
                    freeprinters[i]=false;
                    index=i;
                    break;
                }
            }
     }
     catch(exception e){
         e.printstacktrace();
     }
     finally{
         lock.unlock();
     }
     return index;
    }
}
class job implements runnable{
    private printqueue p;
    public job(printqueue p){
        this.p=p;
    }
    @override
    public void run(){
        system.out.printf("%s:正在打印一个任务\n ",thread.currentthread().getname());
        this.p.printjob(new object());
        system.out.printf(" %s:文件已打印完毕\n ",thread.currentthread().getname());
    }
}

其中getindex()方法主要为了维护内部分组后（支持并发3个）组内数据的同步（用lock来同步）。

输出如下：

 thread0:正在打印一个任务
 thread9:正在打印一个任务
 thread8:正在打印一个任务
 thread7:正在打印一个任务
 thread6:正在打印一个任务
 thread5:正在打印一个任务
 thread4:正在打印一个任务
 thread3:正在打印一个任务
 thread2:正在打印一个任务
 thread1:正在打印一个任务
 线程名：thread0 睡眠：82  打印机：0号
线程名：thread8 睡眠：61  打印机：2号
线程名：thread9 睡眠：19  打印机：1号
  thread9:文件已打印完毕
 线程名：thread7 睡眠：82  打印机：1号
  thread8:文件已打印完毕
 线程名：thread6 睡眠：26  打印机：2号
  thread0:文件已打印完毕
 线程名：thread5 睡眠：31  打印机：0号
  thread6:文件已打印完毕
 线程名：thread4 睡眠：44  打印机：2号
  thread7:文件已打印完毕
 线程名：thread3 睡眠：54  打印机：1号
  thread5:文件已打印完毕
 线程名：thread2 睡眠：48  打印机：0号
  thread4:文件已打印完毕
 线程名：thread1 睡眠：34  打印机：2号
  thread3:文件已打印完毕
   thread2:文件已打印完毕
   thread1:文件已打印完毕

2. countdownlatch

countdownlatch同样也是支持多任务并发的一个工具。它主要用于“等待多个并发事件”，它内部也有一个计数器，当调用await()方法时，线程处于等待状态，只有当内部计数器为0时才继续(countdown()方法来减少计数)，也就说，假若有一个需求是这样的：主线程等待所有子线程都到达某一条件时才执行，那么只需要主线程await，然后在启动每个子线程的时候进行countdown操作。下面模拟了一个开会的例子，只有当所有人员都到齐了，会议才能开始。

import java.util.concurrent.countdownlatch;
public class program{
    public static void main(string[] agrs){
        //开启可容纳10人的会议室
        videoconference v=new videoconference(10);
        new thread(v).start();
        //参与人员陆续进场
        for(int i=0;i<10;i++){
            participant p=new participant(i+"号人员",v);
            new thread(p).start();
        }
    }
}
class videoconference implements runnable{
    private countdownlatch controller;
    public videoconference(int num){
        controller=new countdownlatch(num);
    }
    public void arrive(string name){
        system.out.printf("%s 已经到达！\n",name);
        controller.countdown();
        system.out.printf("还需要等 %d 个成员！\n",controller.getcount());
    }
    @override
    public void run(){
        try{
            system.out.printf("会议正在初始化...!\n");
            controller.await();
            system.out.printf("所有人都到齐了，开会吧!\n");
        }
        catch(interruptedexception e){
            e.printstacktrace();
        }
    }
}
class participant implements runnable{
    private videoconference conference;
    private string name;
    public participant(string name,videoconference conference){
        this.name=name;
        this.conference=conference;
    }
    @override
    public void run(){
        long duration=(long)(math.random()*100);
        try{
            thread.sleep(duration);
            conference.arrive(this.name);
     }
     catch(interruptedexception e){
     }
    }
}

输出：

会议正在初始化...!
0号人员 已经到达！
还需要等 9 个成员！
1号人员 已经到达！
还需要等 8 个成员！
9号人员 已经到达！
还需要等 7 个成员！
4号人员 已经到达！
还需要等 6 个成员！
8号人员 已经到达！
还需要等 5 个成员！
5号人员 已经到达！
还需要等 4 个成员！
6号人员 已经到达！
还需要等 3 个成员！
3号人员 已经到达！
还需要等 2 个成员！
7号人员 已经到达！
还需要等 1 个成员！
2号人员 已经到达！
还需要等 0 个成员！
所有人都到齐了，开会吧!

3. phaser

import java.util.concurrent.phaser;
import java.util.concurrent.timeunit;
import java.util.list;
import java.util.arraylist;
import java.io.file;
import java.util.date;
public class program{
    public static void main(string[] agrs){
        phaser phaser=new phaser(3);
        filesearch system=new filesearch("c:\\windows", "log",phaser);
        filesearch apps=new filesearch("c:\\program files","log",phaser);
        filesearch documents=new filesearch("c:\\documents and settings","log",phaser);
        thread systemthread=new thread(system,"system");
        systemthread.start();
        thread appsthread=new thread(apps,"apps");
        appsthread.start();
        thread documentsthread=new thread(documents, "documents");
        documentsthread.start();
        try {
            systemthread.join();
            appsthread.join();
            documentsthread.join();
            } catch (interruptedexception e) {
            e.printstacktrace();
        }
        system.out.println("terminated: "+ phaser.isterminated());
    }
}
class filesearch implements runnable{
    private string initpath;
    private string end;
    private list<string> results;
    private phaser phaser;
    public filesearch(string initpath,string end,phaser phaser){
        this.initpath=initpath;
        this.end=end;
        this.results=new arraylist<string>();
        this.phaser=phaser;
    }
    private void directoryprocess(file file){
        file[] files=file.listfiles();
        if(files!=null){
            for(int i=0;i<files.length;i++){
                if(files[i].isdirectory()){
                    directoryprocess(files[i]);
                }
                else{
                    fileprocess(files[i]);
                }
            }
        }
    }
    private void fileprocess(file file){
        if(file.getname().endswith(end)){
            results.add(file.getabsolutepath());
        }
    }
    private void filterresults(){
        list<string> newresults=new arraylist<string>();
        long actualdate=new date().gettime();
        for(int i=0;i<results.size();i++){
            file file=new file(results.get(i));
            long filedate=file.lastmodified();
            if(actualdate-filedate<timeunit.milliseconds.convert(1,timeunit.days)){
                newresults.add(results.get(i));
            }
        }
        results=newresults;
    }
    private boolean checkresults(){
        if(results.isempty()){
            system.out.printf("%s: phase %d: 0 results.\n",thread.currentthread().getname(),phaser.getphase());
            system.out.printf("%s: phase %d: end.\n",thread.currentthread().getname(),phaser.getphase());
            phaser.arriveandderegister();
        }
        else{
            system.out.printf("%s: phase %d: %d results.\n",thread.currentthread().getname(),phaser.getphase(),results.size());
             phaser.arriveandawaitadvance();
            return true;
        }
    }
    private void showinfo() {
        for (int i=0; i<results.size(); i++){
            file file=new file(results.get(i));
            system.out.printf("%s: %s\n",thread.currentthread().getname(),file.getabsolutepath());
        }
        phaser.arriveandawaitadvance();
    }
    @override
    public void run(){
        file file=new file(initpath);
        if(file.isdirectory()){
            directoryprocess(file);
        }
        if(!checkresults()){
            return;
        }
        filterresults();
        if(!checkresults()){
            return;
        }
        showinfo();
        phaser.arriveandderegister();
        system.out.printf("%s: work completed.\n",thread.currentthread().getname());
    }
}

运行结果：

apps: phase 0: 4 results.
system: phase 0: 27 results.

更多java相关内容感兴趣的读者可查看本站专题：《java进程与线程操作技巧总结》、《java数据结构与算法教程》、《java操作dom节点技巧总结》、《java文件与目录操作技巧汇总》和《java缓存操作技巧汇总》

希望本文所述对大家java程序设计有所帮助。