Java基础之线程同步

1、什么是线程同步？

背景：多线程的程序设计，提高了代码执行效率，但存在数据共享的安全性问题。

正文：线程同步使多个线程在同一个步调内运行，即：同一时间中，只能允许一个线程可以对数据进行操作。线程同步降低了线程的执行效率，但却保证了数据访问的安全性。


2、java中实现线程同步的方法

JDK 1.5 以前，使用 synchronized 关键字
JDK 1.5 及以后，增加了 java.util.concurrent.locks.Lock 类。

Lock 与 synchronized 对比：
读操作不修改数据，因此不存在数据同步问题。但是 synchronized 也会锁定数据，这将降低数据的访问效率。而 Lock 分的比较细，将锁分为：读锁和写锁。如果是只读，则允许多线程访问。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/**
 * Lockers 在多线程编程里面一个重要的概念是锁定。
 * 如果一个资源是多个线程共享的，为了保证数据的完整性，
 * 在进行事务性操作时需要将共享资源锁定，
 * 这样可以保证在做事务性操作时只有一个线程能对资源进行操作，
 * 从而保证数据的完整性。
 * 
 * 在5.0以前，锁定的功能是由Synchronized关键字来实现的。
 */
public class LockUsage {
    /**
     * 测试Lock的使用。在方法中使用Lock，可以避免使用Synchronized关键字。
     */
    public static class LockTest {
        Lock lock = new ReentrantLock();// 锁
        double value = 0d; // 值
        int addtimes = 0;
        /**
         * 增加value的值，该方法的操作分为2步，而且相互依赖，必须实现在一个事务中
         * 所以该方法必须同步，以前的做法是在方法声明中使用Synchronized关键字。
         */
        public void addValue(double v) {
            lock.lock();// 取得锁
            System.out.println("LockTest to addValue: " + v + "   "
                    + System.currentTimeMillis());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            this.value += v;
            this.addtimes++;
            lock.unlock();// 释放锁
        }
        public double getValue() {
            return this.value;
        }
    }
    public static void testLockTest() throws Exception {
        final LockTest lockTest = new LockTest();
        // 新建任务1，调用lockTest的addValue方法
        Runnable task1 = new Runnable() {
            public void run() {
                lockTest.addValue(55.55);
            }
        };
        // 新建任务2，调用lockTest的getValue方法
        Runnable task2 = new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("value: " + lockTest.getValue());
            }
        };
        // 新建任务执行服务
        ExecutorService cachedService = Executors.newCachedThreadPool();
        Future future = null;
        // 同时执行任务1三次，由于addValue方法使用了锁机制，所以，实质上会顺序执行
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            future = cachedService.submit(task1);
        }
        // 等待最后一个任务1被执行完
        future.get();
        // 再执行任务2，输出结果
        future = cachedService.submit(task2);
        // 等待任务2执行完后，关闭任务执行服务
        future.get();
        cachedService.shutdownNow();
    }
    /**
     * ReadWriteLock内置两个Lock，一个是读的Lock，一个是写的Lock。
     * 多个线程可同时得到读的Lock，但只有一个线程能得到写的Lock，
     * 而且写的Lock被锁定后，任何线程都不能得到Lock。
     * 
     * ReadWriteLock提供的方法有： 
     * readLock(): 返回一个读的lock
     * writeLock(): 返回一个写的lock, 此lock是排他的。
     * ReadWriteLockTest 很适合处理类似文件的读写操作。
     * 读的时候可以同时读，但不能写；写的时候既不能同时写也不能读。
     */
    public static class ReadWriteLockTest {
        // 锁
        ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
        // 值
        double value = 0d;
        int addtimes = 0;
        /**
         * 增加value的值，不允许多个线程同时进入该方法
         */
        public void addValue(double v) {
            // 得到writeLock并锁定
            Lock writeLock = lock.writeLock();
            writeLock.lock();
            System.out.println("ReadWriteLockTest to addValue: " + v + "   "
                    + System.currentTimeMillis());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            try {
                // 做写的工作
                this.value += v;
                this.addtimes++;
            } finally {
                // 释放writeLock锁
                writeLock.unlock();
            }
        }
        /**
         * 获得信息。当有线程在调用addValue方法时，getInfo得到的信息可能是不正确的。
         * 所以，也必须保证该方法在被调用时，没有方法在调用addValue方法。
         */
        public String getInfo() {
            // 得到readLock并锁定
            Lock readLock = lock.readLock();
            readLock.lock();
            System.out.println("ReadWriteLockTest to getInfo   "
                    + System.currentTimeMillis());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            try {
                // 做读的工作
                return this.value + " : " + this.addtimes;
            } finally {
                // 释放readLock
                readLock.unlock();
            }
        }
    }
    public static void testReadWriteLockTest() throws Exception {
        final ReadWriteLockTest readWriteLockTest = new ReadWriteLockTest();
        // 新建任务1，调用lockTest的addValue方法
        Runnable task_1 = new Runnable() {
            public void run() {
                readWriteLockTest.addValue(55.55);
            }
        };
        // 新建任务2，调用lockTest的getValue方法
        Runnable task_2 = new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("info: " + readWriteLockTest.getInfo());
            }
        };
        // 新建任务执行服务
        ExecutorService cachedService_1 = Executors.newCachedThreadPool();
        Future future_1 = null;
        // 同时执行5个任务，其中前2个任务是task_1，后两个任务是task_2
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            future_1 = cachedService_1.submit(task_1);
        }
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            future_1 = cachedService_1.submit(task_2);
        }
        // 最后一个任务是task_1
        future_1 = cachedService_1.submit(task_1);
        // 这5个任务的执行顺序应该是：
        // 第一个task_1先执行，第二个task_1再执行；这是因为不能同时写，所以必须等。
        // 然后2个task_2同时执行；这是因为在写的时候，就不能读，所以都等待写结束，
        // 又因为可以同时读，所以它们同时执行
        // 最后一个task_1再执行。这是因为在读的时候，也不能写，所以必须等待读结束后，才能写。
        // 等待最后一个task_2被执行完
        future_1.get();
        cachedService_1.shutdownNow();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        LockUsage.testLockTest();
        System.out.println("---------------------");
        LockUsage.testReadWriteLockTest();
    }
}