Java多線程同步的五種方法

一、引言

前幾天面試,被大師虐殘了,好多基礎(chǔ)知識(shí)必須得重新拿起來(lái)啊。閑話不多說(shuō),進(jìn)入正題。

二、為什么要線程同步

因?yàn)楫?dāng)我們有多個(gè)線程要同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)變量或?qū)ο髸r(shí),如果這些線程中既有讀又有寫操作時(shí),就會(huì)導(dǎo)致變量值或?qū)ο蟮臓顟B(tài)出現(xiàn)混亂,從而導(dǎo)致程序異常。舉個(gè)例子,如果一個(gè)銀行賬戶同時(shí)被兩個(gè)線程操作,一個(gè)取100塊,一個(gè)存錢100塊。假設(shè)賬戶原本有0塊,如果取錢線程和存錢線程同時(shí)發(fā)生,會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢?取錢不成功,賬戶余額是100.取錢成功了,賬戶余額是0.那到底是哪個(gè)呢?很難說(shuō)清楚。因此多線程同步就是要解決這個(gè)問(wèn)題。如果你想學(xué)習(xí)Java可以來(lái)這個(gè)群,首先是一二六,中間是五三四,最后是五一九,里面有大量的學(xué)習(xí)資料可以下載。

三、不同步時(shí)的代碼

Bank.java

package threadTest;

SyncThreadTest.java

package threadTest;

代碼很簡(jiǎn)單,我就不解釋了,看看運(yùn)行結(jié)果怎樣呢?截取了其中的一部分,是不是很亂,有寫看不懂。

余額不足

四、使用同步時(shí)的代碼

(1)同步方法:

即有synchronized關(guān)鍵字修飾的方法。 由于java的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)內(nèi)置鎖,當(dāng)用此關(guān)鍵字修飾方法時(shí),內(nèi)置鎖會(huì)保護(hù)整個(gè)方法。在調(diào)用該方法前,需要獲得內(nèi)置鎖,否則就處于阻塞狀態(tài)。

修改后的Bank.java

package threadTest;

再看看運(yùn)行結(jié)果:

余額不足

瞬間感覺(jué)可以理解了吧。

注: synchronized關(guān)鍵字也可以修飾靜態(tài)方法,此時(shí)如果調(diào)用該靜態(tài)方法,將會(huì)鎖住整個(gè)類

(2)同步代碼塊

即有synchronized關(guān)鍵字修飾的語(yǔ)句塊。被該關(guān)鍵字修飾的語(yǔ)句塊會(huì)自動(dòng)被加上內(nèi)置鎖,從而實(shí)現(xiàn)同步

Bank.java代碼如下:

package threadTest;

運(yùn)行結(jié)果如下:

余額不足

效果和方法一差不多。

注:同步是一種高開銷的操作,因此應(yīng)該盡量減少同步的內(nèi)容。通常沒(méi)有必要同步整個(gè)方法,使用synchronized代碼塊同步關(guān)鍵代碼即可。

(3)使用特殊域變量(Volatile)實(shí)現(xiàn)線程同步

a.volatile關(guān)鍵字為域變量的訪問(wèn)提供了一種免鎖機(jī)制

b.使用volatile修飾域相當(dāng)于告訴虛擬機(jī)該域可能會(huì)被其他線程更新

c.因此每次使用該域就要重新計(jì)算,而不是使用寄存器中的值

d.volatile不會(huì)提供任何原子操作,它也不能用來(lái)修飾final類型的變量

Bank.java代碼如下:

package threadTest;

運(yùn)行效果怎樣呢?

余額不足

是不是又看不懂了,又亂了。這是為什么呢?就是因?yàn)関olatile不能保證原子操作導(dǎo)致的,因此volatile不能代替synchronized。此外volatile會(huì)組織編譯器對(duì)代碼優(yōu)化,因此能不使用它就不適用它吧。它的原理是每次要線程要訪問(wèn)volatile修飾的變量時(shí)都是從內(nèi)存中讀取,而不是存緩存當(dāng)中讀取,因此每個(gè)線程訪問(wèn)到的變量值都是一樣的。這樣就保證了同步。如果你想學(xué)習(xí)Java可以來(lái)這個(gè)群,首先是一二六,中間是五三四,最后是五一九,里面有大量的學(xué)習(xí)資料可以下載。

(4)使用重入鎖實(shí)現(xiàn)線程同步

在JavaSE5.0中新增了一個(gè)java.util.concurrent包來(lái)支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實(shí)現(xiàn)了Lock接口的鎖, 它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行為和語(yǔ)義,并且擴(kuò)展了其能力。

ReenreantLock類的常用方法有:

ReentrantLock() : 創(chuàng)建一個(gè)ReentrantLock實(shí)例

lock() : 獲得鎖

unlock() : 釋放鎖

注:ReentrantLock()還有一個(gè)可以創(chuàng)建公平鎖的構(gòu)造方法,但由于能大幅度降低程序運(yùn)行效率,不推薦使用

Bank.java代碼修改如下:

package threadTest;

運(yùn)行效果怎么樣呢?

余額不足

效果和前兩種方法差不多。

如果synchronized關(guān)鍵字能滿足用戶的需求,就用synchronized,因?yàn)樗芎?jiǎn)化代碼 。如果需要更高級(jí)的功能,就用ReentrantLock類,此時(shí)要注意及時(shí)釋放鎖,否則會(huì)出現(xiàn)死鎖,通常在finally代碼釋放鎖

(5)使用局部變量實(shí)現(xiàn)線程同步

Bank.java代碼如下:

package threadTest;

運(yùn)行效果:

余額不足

看了運(yùn)行效果,一開始一頭霧水,怎么只讓存,不讓取啊?看看ThreadLocal的原理:

如果使用ThreadLocal管理變量,則每一個(gè)使用該變量的線程都獲得該變量的副本,副本之間相互獨(dú)立,這樣每一個(gè)線程都可以隨意修改自己的變量副本,而不會(huì)對(duì)其他線程產(chǎn)生影響。現(xiàn)在明白了吧,原來(lái)每個(gè)線程運(yùn)行的都是一個(gè)副本,也就是說(shuō)存錢和取錢是兩個(gè)賬戶,知識(shí)名字相同而已。所以就會(huì)發(fā)生上面的效果。

ThreadLocal與同步機(jī)制

a.ThreadLocal與同步機(jī)制都是為了解決多線程中相同變量的訪問(wèn)沖突問(wèn)題

b.前者采用以”空間換時(shí)間”的方法,后者采用以”時(shí)間換空間”的方式

現(xiàn)在都明白了吧。各有優(yōu)劣,各有適用場(chǎng)景。

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