• 关于Java中线程同步的几种方法


    一.使用synchronized关键字

    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。

    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。

    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。

    1、同步方法:

    给一个方法增加synchronized修饰符之后就可以使它成为同步方法,这个方法可以是静态方法和非静态方法,但是不能是抽象类的抽象方法,也不能是接口中的接口方法。

    线程在执行同步方法时是具有排它性的。当任意一个线程进入到一个对象的任意一个同步方法时,这个对象的所有同步方法都被锁定了,

    在此期间,其他任何线程都不能访问这个对象的任意一个同步方法,直到这个线程执行完它所调用的同步方法并从中退出,

    从而导致它释放了该对象的同步锁之后。在一个对象被某个线程锁定之后,其他线程是可以访问这个对象的所有非同步方法的。

    2、同步块:

    同步块是通过锁定一个指定的对象,来对同步块中包含的代码进行同步;而同步方法是对这个方法块里的代码进行同步,而这种情况下锁定的对象就是同步方法所属的主体对象自身。

    如果这个方法是静态同步方法呢?那么线程锁定的就不是这个类的对象了,也不是这个类自身,而是这个类对应的java.lang.Class类型的对象。

    同步方法和同步块之间的相互制约只限于同一个对象之间,所以静态同步方法只受它所属类的其它静态同步方法的制约,而跟这个类的实例(对象)没有关系。

    如果一个对象既有同步方法,又有同步块,那么当其中任意一个同步方法或者同步块被某个线程执行时,这个对象就被锁定了,其他线程无法在此时访问这个对象的同步方法,也不能执行同步块。

    synchronized 关键字用于保护共享数据。请大家注意“共享数据”,你一定要分清哪些数据是共享数据。

    例子:

    package com.gcc.interview.synchro;
     
    /**
     * 创建线程*/
    public class MybanRunnable implements Runnable{
     
        private Bank bank;
        
        public MybanRunnable(Bank bank) {
            this.bank = bank;
        }
        @Override
        public void run() {
            for(int i=0;i<10;i++) {
                bank.save1(100);
                System.out.println("账户余额是---"+bank.getAccount());
            }
            
        }
        
     
    }
    package com.gcc.interview.synchro;
    /**
     * 银行存款实例*/
    class Bank{
    private int account = 100; public int getAccount() { return account; } //同步方法 public synchronized void save(int money) { account+=money; } public void save1(int money) { //同步代码块 synchronized(this) { account+=money; } } public void userThread() { Bank bank = new Bank(); MybanRunnable my1 = new MybanRunnable(bank); System.out.println("线程1"); Thread th1 = new Thread(my1); th1.start(); System.out.println("线程2"); Thread th2 = new Thread(my1); th2.start(); } }

    二.wait和notify

    1、wait():使一个线程处于等待状态,并且释放所持有的对象的lock。

    2、sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态,是一个静态方法,调用此方法要捕捉InterruptedException异常。

    3、notify():唤醒一个处于等待状态的线程,注意的是在调用此方法的时候,并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程,而是由JVM确定唤醒哪个线程,而且不是按优先级。

    4、Allnotity():唤醒所有处入等待状态的线程,注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁,而是让它们竞争。

    三.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;
        
    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。 

            //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。
     

    四.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 
        private int account = 100;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public int getAccount() { return account; } //同步方法 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。

    五.使用局部变量来实现线程同步

    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
            //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。
     

    六.使用阻塞队列实现线程同步

    前面5种同步方式都是在底层实现的线程同步,但是我们在实际开发当中,应当尽量远离底层结构。

    使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包将有助于简化开发。

    主要是使用LinkedBlockingQueue<E>来实现线程的同步 LinkedBlockingQueue<E>是一个基于已连接节点的,范围任意的blocking queue。队列是先进先出的顺序(FIFO)。

    LinkedBlockingQueue 类常用方法 LinkedBlockingQueue() : 创建一个容量为Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue put(E e) :

    在队尾添加一个元素,如果队列满则阻塞 size() : 返回队列中的元素个数 take() : 移除并返回队头元素,如果队列空则阻塞代码实例: 实现商家生产商品和买卖商品的同步

    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

    七.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
    AtomicIntegeraddAddGet(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相同

    class Bank {
        private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
    public AtomicInteger getAccount() { return account; }
    public void save(int money) { account.addAndGet(money); } }
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