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JAVA中线程同步的方法(7种)汇总

同步的方法:

一、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。

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。

二、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:

1synchronized(object){ 
2}

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。

 1    package com.xhj.thread;
 2
 3    /**
 4     * 线程同步的运用
 5     * 
 6     * @author XIEHEJUN
 7     * 
 8     */
 9    public class SynchronizedThread {
10
11        class Bank {
12            private int account = 100;
13            public int getAccount() {
14                return account;
15            }
16
17            /**
18             * 用同步方法实现
19             * 
20             * @param money
21             */
22            public synchronized void save(int money) {
23                account += money;
24            }
25
26            /**
27             * 用同步代码块实现
28             * 
29             * @param money
30             */
31            public void save1(int money) {
32                synchronized (this) {
33                    account += money;
34                }
35            }
36        }
37
38
39
40
41
42
43
44
45class NewThread implements Runnable {
46            private Bank bank;
47
48            public NewThread(Bank bank) {
49                this.bank = bank;
50            }
51
52            @Override
53            public void run() {
54                for (int i = 0; i < 10; i++) {
55                    // bank.save1(10);
56                    bank.save(10);
57                    System.out.println(i + "账户余额为:" + bank.getAccount());
58                }
59            }
60
61        }
62
63        /**
64         * 建立线程,调用内部类
65         */
66        public void useThread() {
67            Bank bank = new Bank();
68            NewThread new_thread = new NewThread(bank);
69            System.out.println("线程1");
70            Thread thread1 = new Thread(new_thread);
71            thread1.start();
72            System.out.println("线程2");
73            Thread thread2 = new Thread(new_thread);
74            thread2.start();
75        }
76
77        public static void main(String[] args) {
78            SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
79            st.useThread();
80        }
81
82    }

=====================================

示例加讲解:

同步是多线程中的重要概念。同步的使用可以保证在多线程运行的环境中,程序不会产生设计之外的错误结果。同步的实现方式有两种,同步方法和同步块,这两种方式都要用到synchronized关键字。

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。

下面代码是一个同步方法的示例:

1public synchronized void aMethod() { 
2    // do something 
3} 
4
5public static synchronized void anotherMethod() { 
6    // do something 
7} 

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。

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,请看下面的例子:

 1public class ThreadTest implements Runnable{
 2
 3public synchronized void run(){
 4  for(int i=0;i<10;i++) {
 5    System.out.print(" " + i);
 6  }
 7}
 8
 9public static void main(String[] args) {
10  Runnable r1 = new ThreadTest(); //也可写成ThreadTest r1 = new ThreadTest();
11  Runnable r2 = new ThreadTest();
12  Thread t1 = new Thread(r1);
13  Thread t2 = new Thread(r2);
14  t1.start();
15  t2.start();
16}}

在这个程序中,run()虽然被加上了synchronized 关键字,但保护的不是共享数据。因为这个程序中的t1,t2 是两个对象(r1,r2)的线程。而不同的对象的数据是不同的,r1,r2 有各自的run()方法,所以输出结果无法预知。

synchronized的目的是使同一个对象的多个线程,在某个时刻只有其中的一个线程可以访问这个对象的synchronized 数据。每个对象都有一个“锁标志”,当这个对象的一个线程访问这个对象的某个synchronized 数据时,这个对象的所有被synchronized 修饰的数据将被上锁(因为“锁标志”被当前线程拿走了),只有当前线程访问完它要访问的synchronized 数据时,当前线程才会释放“锁标志”,这样同一个对象的其它线程才有机会访问synchronized 数据。

示例3:

 1public class ThreadTest implements Runnable{
 2
 3public synchronized void run(){
 4  for(int i=0;i<10;i++){
 5    System.out.print(" " + i);
 6  }
 7}
 8
 9public static void main(String[] args){
10  Runnable r = new ThreadTest();
11  Thread t1 = new Thread(r);
12  Thread t2 = new Thread(r);
13  t1.start();
14  t2.start();
15}}

如果你运行1000 次这个程序,它的输出结果也一定每次都是:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9。因为这里的synchronized 保护的是共享数据。t1,t2 是同一个对象(r)的两个线程,当其中的一个线程(例如:t1)开始执行run()方法时,由于run()受synchronized保护,所以同一个对象的其他线程(t2)无法访问synchronized 方法(run 方法)。只有当t1执行完后t2 才有机会执行。

示例4:

 1public class ThreadTest implements Runnable{
 2
 3public void run(){
 4
 5    synchronized(this){
 6    for(int i=0;i<10;i++){
 7        System.out.print(" " + i);
 8    }
 9} 
10}
11
12public static void main(String[] args){
13    Runnable r = new ThreadTest();
14    Thread t1 = new Thread(r);
15    Thread t2 = new Thread(r);
16    t1.start();
17    t2.start();
18}
19}    

这个程序与示例3 的运行结果一样。在可能的情况下,应该把保护范围缩到最小,可以用示例4 的形式,this 代表“这个对象”。没有必要把整个run()保护起来,run()中的代码只有一个for循环,所以只要保护for 循环就可以了。

示例5:

 1public class ThreadTest implements Runnable{
 2
 3public void run(){
 4  for(int k=0;k<5;k++){
 5    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : for loop : " + k);
 6  }
 7
 8synchronized(this){
 9  for(int k=0;k<5;k++) {
10    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : synchronized for loop : " + k);
11  }} }
12
13public static void main(String[] args){
14  Runnable r = new ThreadTest();
15  Thread t1 = new Thread(r,"t1_name");
16  Thread t2 = new Thread(r,"t2_name");
17  t1.start();
18  t2.start();
19} }

运行结果:

 1t1_name : for loop : 0
 2
 3t1_name : for loop : 1
 4
 5t1_name : for loop : 2
 6
 7t2_name : for loop : 0
 8
 9t1_name : for loop : 3
10
11t2_name : for loop : 1
12
13t1_name : for loop : 4
14
15t2_name : for loop : 2
16
17t1_name : synchronized for loop : 0
18
19t2_name : for loop : 3
20
21t1_name : synchronized for loop : 1
22
23t2_name : for loop : 4
24
25t1_name : synchronized for loop : 2
26
27t1_name : synchronized for loop : 3
28
29t1_name : synchronized for loop : 4
30
31t2_name : synchronized for loop : 0
32
33t2_name : synchronized for loop : 1
34
35t2_name : synchronized for loop : 2
36
37t2_name : synchronized for loop : 3
38
39t2_name : synchronized for loop : 4

第一个for 循环没有受synchronized 保护。对于第一个for 循环,t1,t2 可以同时访问。运行结果表明t1 执行到了k=2 时,t2 开始执行了。t1 首先执行完了第一个for 循环,此时t2还没有执行完第一个for 循环(t2 刚执行到k=2)。t1 开始执行第二个for 循环,当t1的第二个for 循环执行到k=1 时,t2 的第一个for 循环执行完了。t2 想开始执行第二个for 循环,但由于t1 首先执行了第二个for 循环,这个对象的锁标志自然在t1 手中(synchronized 方法的执行权也就落到了t1 手中),在t1 没执行完第二个for 循环的时候,它是不会释放锁标志的。所以t2 必须等到t1 执行完第二个for 循环后,它才可以执行第二个for 循环。

=====================================

三、wait与notify

wait():使一个线程处于等待状态,并且释放所持有的对象的lock。

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。 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。 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。

详细见:wait、notify、notifyAll的使用方法

四、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 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:

 1        //只给出要修改的代码,其余代码与上同
 2        class Bank {
 3            //需要同步的变量加上volatile
 4            private volatile int account = 100;
 5
 6            public int getAccount() {
 7                return account;
 8            }
 9            //这里不再需要synchronized 
10            public void save(int money) {
11                account += money;
12            }
13        }

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。

五、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:

 1       //只给出要修改的代码,其余代码与上同
 2        class Bank {
 3
 4            private int account = 100;
 5            //需要声明这个锁
 6            private Lock lock = new ReentrantLock();
 7            public int getAccount() {
 8                return account;
 9            }
10            //这里不再需要synchronized 
11            public void save(int money) {
12                lock.lock();
13                try{
14                    account += money;
15                }finally{
16                    lock.unlock();
17                }
18
19            }
20        }

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

六、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:

 1        //只改Bank类,其余代码与上同
 2        public class Bank{
 3            //使用ThreadLocal类管理共享变量account
 4            private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
 5                @Override
 6                protected Integer initialValue(){
 7                    return 100;
 8                }
 9            };
10            public void save(int money){
11                account.set(account.get()+money);
12            }
13            public int getAccount(){
14                return account.get();
15            }
16        }

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

七、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。 本小节主要是使用LinkedBlockingQueue来实现线程的同步 LinkedBlockingQueue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),关于队列以后会详细讲解~

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

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同

1class Bank {
2    private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
3    public AtomicInteger getAccount() {
4        return account; 
5    } 
6    public void save(int money) {
7        account.addAndGet(money);
8    }
9}

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。

文章来源:https://www.cnblogs.com/goody9807/p/6522176.html

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原始发表时间:2018-04-08

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