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java 多线程的同步几种方法

程序员文章站 2024-02-29 08:46:52
java 多线程的同步几种方法 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...

java 多线程的同步几种方法

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; 
/**
 * java学习交流qq群:589809992 我们一起学java!
 */
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。

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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