JAVA之线程同步的三种方法

　　最近接触到一个图片加载的项目，其中有声明到的线程池等资源需要在系统中线程共享，所以就去研究了一下线程同步的知识，总结了三种常用的线程同步的方法，特来与大家分享一下。这三种方法分别是：synchronized代码段、synchronized修饰方法/类、ThreadLocal本地线程变量。

　　我们通过一个例子来表现这三种方法：一张银行卡里面有300块钱，15个线程从这张银行卡中取钱，每个线程取一次且每次取20块钱；当当前余额不足100元时，则向账户中汇款20元。三种方法每种方法都有5个线程。我们预期的结果是当15个线程都执行完毕，银行卡里面的余额应该显示为80。

准备工作

　　我们需要一个账户的实体类Account，其中有一个属性money。Account类作为账户类的父类，我们在后面将用三种方法分别生成一个子类来继承这个类。Account类的具体代码如下：

public abstract class Account { // 抽象类
    protected static Account account; // Account类的实例，全局只有一个
    protected static final int DEFAULT_MONEY = 300; // 账户中默认有300块钱
    protected static int money; // 记录当前账户中的余额

    // 获取账户实例的方法，由于是static方法不能定义为抽象方法，所以要在子类中重写这个方法
    public static Account getInstance() {
        return null;
    }

    // 抽象方法，设置当前账户中的余额，三种方法分别有不同的实现方法
    public abstract void setMoney(int money);

    // 获取当前账户中的余额
    public int getMoney() {
        return money;
    }
}

　　我们可以在每种方法中都把线程要进行的工作都进行一遍，但是这样的话代码就会重用，所以我们将这段代码提取出来形成一个工具类MyRunnable（实现自Runnable接口），在这个类的run()方法中进行三种方法的所有线程都应该做的事情，比如取出当前账户中的余额、判断余额是否小于100、设置账户余额（汇款或取款）等。MyRunnable类中的代码如下：

public class MyRunnable implements Runnable {
    private Account account; // 账户的父类声明，在构造方法中传入具体子类的引用

    // 构造方法中传入Account类的子类，即该线程绑定的账户操作的方法
    public MyRunnable(Account account) {
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        String currentThreadName = Thread.currentThread().getName(); // 获取当前线程的名称
        System.out.println(currentThreadName + " is running...");
        System.out.println(currentThreadName + ":before=" + account.getMoney()); // 打印账户当前的余额
        if (account.getMoney() < 100) { // 如果账户当前的余额小于100，则向账户中汇款20元
            account.setMoney(account.getMoney() + 20);
        } else { // 如果账户余额还大于100，则取出20元
            account.setMoney(account.getMoney() - 20);
        }
        System.out.println(currentThreadName + ":after=" + account.getMoney()); // 打印操作后账户的余额
    }
}

　　下面贴出三种方法的代码。

第一种方法：SYNCHRONIZED修饰代码段的方法

public class AccountForSyn extends Account {

    @SuppressWarnings("static-access")
    private AccountForSyn() {
        account.money = DEFAULT_MONEY;
    }

    public static AccountForSyn getInstance() {
        if (account == null) {
            // 这里为了防止两个线程同时访问account实例，所以在同步块的前后分别进行了一次判断
            synchronized (AccountForSyn.class) {
                if (account == null) {
                    account = new AccountForSyn();
                }
            }
        }
        return (AccountForSyn) account;
    }

    @SuppressWarnings("static-access")
    @Override
    public void setMoney(int money) { // 设置account账户中的余额
        /**
         * 核心代码
         */
        synchronized (AccountForSyn.class) { // SYNCHRONIZED后面的参数是一个Object类型的参数，可以是任意的Object（最好是共享的资源）
            account.money = money;
        }
    }
}

第二种方法：SYNCHRONIZED关键字修饰方法的方法

public class AccountForSynM extends Account {

    @SuppressWarnings("static-access")
    private AccountForSynM() {
        account.money = DEFAULT_MONEY;
    }

    public static AccountForSynM getInstance() {
        if (account == null) {
            synchronized (AccountForSyn.class) {
                if (account == null) {
                    account = new AccountForSynM();
                }
            }
        }
        return (AccountForSynM) account;
    }

    @SuppressWarnings("static-access")
    @Override
    /**
     * 核心代码
     */
    public synchronized void setMoney(int money) {
        account.money = money;
    }
}

第三种方法：ThreadLocal本地线程变量的方法

public class AccountForLocal extends Account {
    /**
     * ThreadLocal是本地线程存储变量，里面存储着所有线程共享的资源。
     * ThreadLocal的工作原理与SYNCHRONIZED关键字不同：
     *         SYNCHRONIZED关键字是对代码块上锁，使一个线程可以从头到尾一次性的执行其中的代码
     *         ThreadLocal是对线程共享的资源进行多次备份，再分发给全部的线程，线程对数据进行修改后提交
     */
    private static ThreadLocal<AccountForLocal> threadLocal = new ThreadLocal<AccountForLocal>(); // 本地线程存储变量ThreadLocal的声明

    @SuppressWarnings("static-access")
    private AccountForLocal() {
        account.money = DEFAULT_MONEY;
    }

    public static AccountForLocal getInstance() {
        account = threadLocal.get(); // 从ThreadLocal中获取线程共享资源
        if (account == null) {
            account = new AccountForLocal();
            /**
             * 核心代码
             */
            threadLocal.set((AccountForLocal) account); // 如果资源不存在，则实例化一个之后提交给ThreadLocal
        }
        return (AccountForLocal) account;
    }

    @SuppressWarnings("static-access")
    @Override
    public void setMoney(int money) {
        account.money = money;
        /**
         * 核心代码
         */
        threadLocal.set((AccountForLocal) account);
    }
}

主函数的代码如下：

public class MainClass { // 主函数
    public static void main(String[] args) {
        // 定义15个线程
        // SYNCHRONIZED修饰代码段的方法的五个线程
        Thread thread11 = new Thread(new MyRunnable(AccountForSyn.getInstance()), "Thread A1");
        Thread thread12 = new Thread(new MyRunnable(AccountForSyn.getInstance()), "Thread A2");
        Thread thread13 = new Thread(new MyRunnable(AccountForSyn.getInstance()), "Thread A3");
        Thread thread14 = new Thread(new MyRunnable(AccountForSyn.getInstance()), "Thread A4");
        Thread thread15 = new Thread(new MyRunnable(AccountForSyn.getInstance()), "Thread A5");
        // ThreadLocal本地线程变量的方法的五个线程
        Thread thread21 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread B1");
        Thread thread22 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread B2");
        Thread thread23 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread B3");
        Thread thread24 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread B4");
        Thread thread25 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread B5");
        // SYNCHRONIZED关键字修饰方法的方法的五个线程
        Thread thread31 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread C1");
        Thread thread32 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread C2");
        Thread thread33 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread C3");
        Thread thread34 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread C4");
        Thread thread35 = new Thread(new MyRunnable(AccountForLocal.getInstance()), "Thread C5");
        
        // 启动15个线程
        thread11.start();
        thread21.start();
        thread31.start();
        thread12.start();
        thread22.start();
        thread32.start();
        thread13.start();
        thread23.start();
        thread33.start();
        thread14.start();
        thread24.start();
        thread34.start();
        thread15.start();
        thread25.start();
        thread35.start();
    }
}

运行结果如下：