关于线程同步 (7 种方式)
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为何要使用同步?
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。
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。
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
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
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。
代码实例:
- package com.xhj.thread;
- /**
- * 线程同步的运用
- *
- * @author XIEHEJUN
- *
- */
- public class SynchronizedThread {
- class Bank {
- private int account = 100;
- public int getAccount() {
- return account;
- }
- /**
- * 用同步方法实现
- *
- * @param money
- */
- public synchronized void save(int money) {
- account += money;
- }
- /**
- * 用同步代码块实现
- *
- * @param money
- */
- public void save1(int money) {
- synchronized (this) {
- account += money;
- }
- }
- }
- class NewThread implements Runnable {
- private Bank bank;
- public NewThread(Bank bank) {
- this.bank = bank;
- }
- @Override
- public void run() {
- for (int i = 0; i < 10; i++) {
- // bank.save1(10);
- bank.save(10);
- System.out.println(i + "账户余额为:" + bank.getAccount());
- }
- }
- }
- /**
- * 建立线程,调用内部类
- */
- public void useThread() {
- Bank bank = new Bank();
- NewThread new_thread = new NewThread(bank);
- System.out.println("线程1");
- Thread thread1 = new Thread(new_thread);
- thread1.start();
- System.out.println("线程2");
- Thread thread2 = new Thread(new_thread);
- thread2.start();
- }
- public static void main(String[] args) {
- SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
- st.useThread();
- }
- }
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
例如:
在上面的例子当中,只需在 account 前面加上 volatile 修饰,即可实现线程同步。
代码实例:
- //只给出要修改的代码,其余代码与上同
- class Bank {
- //需要同步的变量加上volatile
- private volatile int account = 100;
- public int getAccount() {
- return account;
- }
- //这里不再需要synchronized
- public void save(int money) {
- account += money;
- }
- }
注:多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上,如果让域自身避免这个问题,则就不需要修改操作该域的方法。
用 final 域,有锁保护的域和 volatile 域可以避免非同步的问题。
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
例如:
在上面例子的基础上,改写后的代码为:
代码实例:
- //只给出要修改的代码,其余代码与上同
- class Bank {
- private int account = 100;
- //需要声明这个锁
- private Lock lock = new ReentrantLock();
- public int getAccount() {
- return account;
- }
- //这里不再需要synchronized
- public void save(int money) {
- lock.lock();
- try{
- account += money;
- }finally{
- lock.unlock();
- }
- }
- }
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
5. 使用局部变量实现线程同步
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。
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
例如:
在上面例子基础上,修改后的代码为:
代码实例:
- //只改Bank类,其余代码与上同
- public class Bank{
- //使用ThreadLocal类管理共享变量account
- private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
- @Override
- protected Integer initialValue(){
- return 100;
- }
- };
- public void save(int money){
- account.set(account.get()+money);
- }
- public int getAccount(){
- return account.get();
- }
- }
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
6. 使用阻塞队列实现线程同步
- 1 package com.xhj.thread;
- 2 3 import java.util.Random;
- 4 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
- 5 6
- /**
- 7 * 用阻塞队列实现线程同步 LinkedBlockingQueue的使用
- 8 *
- 9 * @author XIEHEJUN
- 10 *
- 11 */
- 12 public class BlockingSynchronizedThread {
- 13
- /**
- 14 * 定义一个阻塞队列用来存储生产出来的商品
- 15 */
- 16 private LinkedBlockingQueue < Integer > queue = new LinkedBlockingQueue < Integer > ();
- 17
- /**
- 18 * 定义生产商品个数
- 19 */
- 20 private static final int size = 10;
- 21
- /**
- 22 * 定义启动线程的标志,为0时,启动生产商品的线程;为1时,启动消费商品的线程
- 23 */
- 24 private int flag = 0;
- 25 26 private class LinkBlockThread implements Runnable {
- 27@Override 28 public void run() {
- 29 int new_flag = flag++;
- 30 System.out.println("启动线程 " + new_flag);
- 31
- if (new_flag == 0) {
- 32
- for (int i = 0; i < size; i++) {
- 33 int b = new Random().nextInt(255);
- 34 System.out.println("生产商品:" + b + "号");
- 35
- try {
- 36 queue.put(b);
- 37
- } catch(InterruptedException e) {
- 38 // TODO Auto-generated catch block
- 39 e.printStackTrace();
- 40
- }
- 41 System.out.println("仓库中还有商品:" + queue.size() + "个");
- 42
- try {
- 43 Thread.sleep(100);
- 44
- } catch(InterruptedException e) {
- 45 // TODO Auto-generated catch block
- 46 e.printStackTrace();
- 47
- }
- 48
- }
- 49
- } else {
- 50
- for (int i = 0; i < size / 2; i++) {
- 51
- try {
- 52 int n = queue.take();
- 53 System.out.println("消费者买去了" + n + "号商品");
- 54
- } catch(InterruptedException e) {
- 55 // TODO Auto-generated catch block
- 56 e.printStackTrace();
- 57
- }
- 58 System.out.println("仓库中还有商品:" + queue.size() + "个");
- 59
- try {
- 60 Thread.sleep(100);
- 61
- } catch(Exception e) {
- 62 // TODO: handle exception
- 63
- }
- 64
- }
- 65
- }
- 66
- }
- 67
- }
- 68 69 public static void main(String[] args) {
- 70 BlockingSynchronizedThread bst = new BlockingSynchronizedThread();
- 71 LinkBlockThread lbt = bst.new LinkBlockThread();
- 72 Thread thread1 = new Thread(lbt);
- 73 Thread thread2 = new Thread(lbt);
- 74 thread1.start();
- 75 thread2.start();
- 76 77
- }
- 78 79
- }
注:BlockingQueue<E> 定义了阻塞队列的常用方法,尤其是三种添加元素的方法,我们要多加注意,当队列满时:
add() 方法会抛出异常
offer() 方法返回 false
put() 方法会阻塞
7. 使用原子变量实现线程同步
需要使用线程同步的根本原因在于对普通变量的操作不是原子的。
那么什么是原子操作呢?
原子操作就是指将读取变量值、修改变量值、保存变量值看成一个整体来操作
即 - 这几种行为要么同时完成,要么都不完成。
在 java 的 util.concurrent.atomic 包中提供了创建了原子类型变量的工具类,
使用该类可以简化线程同步。
其中 AtomicInteger 表可以用原子方式更新 int 的值,可用在应用程序中 (如以原子方式增加的计数器),
但不能用于替换 Integer;可扩展 Number,允许那些处理机遇数字类的工具和实用工具进行统一访问。
AtomicInteger 类常用方法:
AtomicInteger(int initialValue) : 创建具有给定初始值的新的 AtomicInteger
addAddGet(int dalta) : 以原子方式将给定值与当前值相加
get() : 获取当前值
代码实例:
只改 Bank 类,其余代码与上面第一个例子同
- 1 class Bank {
- 2 private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
- 3 4 public AtomicInteger getAccount() {
- 5
- return account;
- 6
- }
- 7 8 public void save(int money) {
- 9 account.addAndGet(money);
- 10
- }
- 11
- }
补充 -- 原子操作主要有:
对于引用变量和大多数原始变量 (long 和 double 除外) 的读写操作;
对于所有使用 volatile 修饰的变量 (包括 long 和 double) 的读写操作。
来源: http://www.bubuko.com/infodetail-1972948.html