多线程同步的五种方法分析

访客 阅读:223 2020-02-17 15:46:30 评论:0

一、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。

二、不同步时的代码

Bank.java

package threadTest;   
 
/**  
 * @author lixiaoxi  
 *  
 */   
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;   
 
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,有些看不懂。

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

三、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

/**  
 * @author lixiaoxi 
 *  
 */   
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;   
 
package threadTest;   
 
/**  
 * @author lixiaoxi  
 *  
 */   
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

(1)volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制;

(2)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;

(3)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;

(4)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 lixiaoxi  
 *  
 */   
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使用它吧。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,而不是从缓存当中读取,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方法和块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 lixiaoxi  
 *  
 */   
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 com.demo.test; 
 
/**  
 * @author lixiaoxi 
 *  
 */  
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 
 
1511166594460存进:100 
账户余额:200 
 
余额不足 
账户余额:0 
 
1511166595460存进:100 
账户余额:300 
 
余额不足 
账户余额:0 
 
1511166596460存进:100 
账户余额:400

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,只是名字相同而已。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。

标签:java多线程
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