Java多執行緒同步的五種方法

阿新 • • 發佈：2019-01-07

一、引言

前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎知識必須得重新拿起來啊。閒話不多說，進入正題。

二、為什麼要執行緒同步

因為當我們有多個執行緒要同時訪問一個變數或物件時，如果這些執行緒中既有讀又有寫操作時，就會導致變數值或物件的狀態出現混亂，從而導致程式異常。舉個例子，如果一個銀行賬戶同時被兩個執行緒操作，一個取100塊，一個存錢100塊。假設賬戶原本有0塊，如果取錢執行緒和存錢執行緒同時發生，會出現什麼結果呢？取錢不成功，賬戶餘額是100.取錢成功了，賬戶餘額是0.那到底是哪個呢？很難說清楚。因此多執行緒同步就是要解決這個問題。

三、不同步時的程式碼

Bank.java

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private int count =0;//賬戶餘額  

    //存錢  
    public  void addMoney(int money){  
        count +=money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  
    }  

    //取錢  
    public  void subMoney(int money){  
        if(count-money < 0){  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count -=money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
    }  

    //查詢  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("賬戶餘額："+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();  
    }  

}

程式碼很簡單，我就不解釋了，看看執行結果怎樣呢？截取了其中的一部分，是不是很亂，有寫看不懂。

餘額不足  
賬戶餘額：0  

餘額不足  
賬戶餘額：100  

1441790503354存進：100  
賬戶餘額：100  

1441790504354存進：100  
賬戶餘額：100  

1441790504354取出：100  
賬戶餘額：100  

1441790505355存進：100  
賬戶餘額：100  

1441790505355取出：100  
賬戶餘額：100

四、使用同步時的程式碼

（1）同步方法：

即有synchronized關鍵字修飾的方法。由於java的每個物件都有一個內建鎖，當用此關鍵字修飾方法時，內建鎖會保護整個方法。在呼叫該方法前，需要獲得內建鎖，否則就處於阻塞狀態。

修改後的Bank.java

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private int count =0;//賬戶餘額  

    //存錢  
    public  synchronized void addMoney(int money){  
        count +=money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  
    }  

    //取錢  
    public  synchronized void subMoney(int money){  
        if(count-money < 0){  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count -=money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
    }  

    //查詢  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("賬戶餘額："+count);  
    }  
}

再看看執行結果：

餘額不足  
賬戶餘額：0  

餘額不足  
賬戶餘額：0  

1441790837380存進：100  
賬戶餘額：100  

1441790838380取出：100  
賬戶餘額：0  
1441790838380存進：100  
賬戶餘額：100  

1441790839381取出：100  
賬戶餘額：0

瞬間感覺可以理解了吧。

注： synchronized關鍵字也可以修飾靜態方法，此時如果呼叫該靜態方法，將會鎖住整個類

（2）同步程式碼塊

即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。被該關鍵字修飾的語句塊會自動被加上內建鎖，從而實現同步

Bank.java程式碼如下：

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private int count =0;//賬戶餘額  

    //存錢  
    public   void addMoney(int money){  

        synchronized (this) {  
            count +=money;  
        }  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);  
    }  

    //取錢  
    public   void subMoney(int money){  

        synchronized (this) {  
            if(count-money < 0){  
                System.out.println("餘額不足");  
                return;  
            }  
            count -=money;  
        }  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
    }  

    //查詢  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("賬戶餘額："+count);  
    }  
}

執行結果如下：

餘額不足  
賬戶餘額：0  

1441791806699存進：100  
賬戶餘額：100  

1441791806700取出：100  
賬戶餘額：0  

1441791807699存進：100  
賬戶餘額：100

效果和方法一差不多。

注：同步是一種高開銷的操作，因此應該儘量減少同步的內容。通常沒有必要同步整個方法，使用synchronized程式碼塊同步關鍵程式碼即可。

（3）使用特殊域變數(Volatile)實現執行緒同步

a.volatile關鍵字為域變數的訪問提供了一種免鎖機制

b.使用volatile修飾域相當於告訴虛擬機器該域可能會被其他執行緒更新

c.因此每次使用該域就要重新計算，而不是使用暫存器中的值

d.volatile不會提供任何原子操作，它也不能用來修飾final型別的變數

Bank.java程式碼如下：

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private volatile int count = 0;// 賬戶餘額  

    // 存錢  
    public void addMoney(int money) {  

        count += money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);  
    }  

    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  

        if (count - money < 0) {  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count -= money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
    }  

    // 查詢  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("賬戶餘額：" + count);  
    }  
}

執行效果怎樣呢？

餘額不足  
賬戶餘額：0  

餘額不足  
賬戶餘額：100  

1441792010959存進：100  
賬戶餘額：100  

1441792011960取出：100  
賬戶餘額：0  

1441792011961存進：100  
賬戶餘額：100

是不是又看不懂了，又亂了。這是為什麼呢？就是因為volatile不能保證原子操作導致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile會組織編譯器對程式碼優化，因此能不使用它就不適用它吧。它的原理是每次要執行緒要訪問volatile修飾的變數時都是從記憶體中讀取，而不是存快取當中讀取，因此每個執行緒訪問到的變數值都是一樣的。這樣就保證了同步。

（4）使用重入鎖實現執行緒同步

在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支援同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了Lock介面的鎖，它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行為和語義，並且擴充套件了其能力。

ReenreantLock類的常用方法有：

ReentrantLock() : 建立一個ReentrantLock例項

lock() : 獲得鎖

unlock() : 釋放鎖

注：ReentrantLock()還有一個可以建立公平鎖的構造方法，但由於能大幅度降低程式執行效率，不推薦使用

Bank.java程式碼修改如下：

package threadTest;  

import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private  int count = 0;// 賬戶餘額  

    //需要宣告這個鎖  
    private Lock lock = new ReentrantLock();  

    // 存錢  
    public void addMoney(int money) {  
        lock.lock();//上鎖  
        try{  
        count += money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);  

        }finally{  
            lock.unlock();//解鎖  
        }  
    }  

    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  
        lock.lock();  
        try{  

        if (count - money < 0) {  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count -= money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
        }finally{  
            lock.unlock();  
        }  
    }  

    // 查詢  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("賬戶餘額：" + count);  
    }  
}

執行效果怎麼樣呢？

餘額不足  
賬戶餘額：0  

餘額不足  
賬戶餘額：0  

1441792891934存進：100  
賬戶餘額：100  

1441792892935存進：100  
賬戶餘額：200  

1441792892954取出：100  
賬戶餘額：100

效果和前兩種方法差不多。

如果synchronized關鍵字能滿足使用者的需求，就用synchronized，因為它能簡化程式碼。如果需要更高階的功能，就用ReentrantLock類，此時要注意及時釋放鎖，否則會出現死鎖，通常在finally程式碼釋放鎖

（5）使用區域性變數實現執行緒同步

Bank.java程式碼如下：

package threadTest;  

/** 
 * @author ww 
 * 
 */  
public class Bank {  

    private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){  

        @Override  
        protected Integer initialValue() {  
            // TODO Auto-generated method stub  
            return 0;  
        }  

    };  

    // 存錢  
    public void addMoney(int money) {  
        count.set(count.get()+money);  
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);  

    }  

    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  
        if (count.get() - money < 0) {  
            System.out.println("餘額不足");  
            return;  
        }  
        count.set(count.get()- money);  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
    }  

    // 查詢  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("賬戶餘額：" + count.get());  
    }  
}

執行效果：

餘額不足  
賬戶餘額：0  

餘額不足  
賬戶餘額：0  

1441794247939存進：100  
賬戶餘額：100  

餘額不足  
1441794248940存進：100  
賬戶餘額：0  

賬戶餘額：200  

餘額不足  
賬戶餘額：0  

1441794249941存進：100  
賬戶餘額：300

看了執行效果，一開始一頭霧水，怎麼只讓存，不讓取啊？看看ThreadLocal的原理：

如果使用ThreadLocal管理變數，則每一個使用該變數的執行緒都獲得該變數的副本，副本之間相互獨立，這樣每一個執行緒都可以隨意修改自己的變數副本，而不會對其他執行緒產生影響。現在明白了吧，原來每個執行緒執行的都是一個副本，也就是說存錢和取錢是兩個賬戶，知識名字相同而已。所以就會發生上面的效果。

ThreadLocal與同步機制

a.ThreadLocal與同步機制都是為了解決多執行緒中相同變數的訪問衝突問題

b.前者採用以”空間換時間”的方法，後者採用以”時間換空間”的方式

現在都明白了吧。各有優劣，各有適用場景。收工，吃飯去了。

Java多執行緒同步的五種方法

一、引言

二、為什麼要執行緒同步

三、不同步時的程式碼

四、使用同步時的程式碼

（1）同步方法：

（2）同步程式碼塊

（3）使用特殊域變數(Volatile)實現執行緒同步

（4）使用重入鎖實現執行緒同步

（5）使用區域性變數實現執行緒同步

java多執行緒同步5種方法

Java——實現Java多執行緒的三種方法

Java多執行緒同步的五種方法

Java 多執行緒同步的五種方法 [轉]

Java 多執行緒同步的五種方法

java多執行緒的幾種實現方法

java -- 多執行緒的兩種建立方法

Java建立多執行緒的三種方法

JAVA基礎-實現多執行緒的四種方法

Java多執行緒同步的幾種方式

Java----實現多執行緒的兩種方法及其區別

Java 多執行緒 join和interrupt 方法

java 多執行緒同步

java建立執行緒的四種方法（轉）

java 多執行緒的一種實現方式

實現java多執行緒的3種方式，99%人沒用過第3種

建立多執行緒的兩種方法

java 建立執行緒的三種方法

深入理解Java多執行緒（五）

Java多執行緒之四種實現方式

Java多執行緒同步的五種方法

一、引言

二、為什麼要執行緒同步

三、不同步時的程式碼

四、使用同步時的程式碼

（1）同步方法：

（2）同步程式碼塊

（3）使用特殊域變數(Volatile)實現執行緒同步

（4）使用重入鎖實現執行緒同步

（5）使用區域性變數實現執行緒同步

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