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,好多基礎知識必須得重新拿起來啊。閑話不多說,進入正題。

二、為什么要線程同步

因為當我們有多個線程要同時訪問一個變量或對象時,如果這些線程中既有讀又有寫操作時,就會導致變量值或對象的狀態出現混亂,從而導致程序異常。舉個例子,如果一個銀行賬戶同時被兩個線程操作,一個取100塊,一個存錢100塊。假設賬戶原本有0塊,如果取錢線程和存錢線程同時發生,會出現什么結果呢?取錢不成功,賬戶余額是100.取錢成功了,賬戶余額是0.那到底是哪個呢?很難說清楚。因此多線程同步就是要解決這個問題。如果你想學習Java可以來這個群,首先是一二六,中間是五三四,最后是五一九,里面有大量的學習資料可以下載。

三、不同步時的代碼

Bank.java

package threadTest;

SyncThreadTest.java

package threadTest;

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

余額不足

四、使用同步時的代碼

(1)同步方法:

即有synchronized關鍵字修飾的方法。 由于java的每個對象都有一個內置鎖,當用此關鍵字修飾方法時,內置鎖會保護整個方法。在調用該方法前,需要獲得內置鎖,否則就處于阻塞狀態。

修改后的Bank.java

package threadTest;

再看看運行結果:

余額不足

瞬間感覺可以理解了吧。

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

(2)同步代碼塊

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置鎖,從而實現同步

Bank.java代碼如下:

package threadTest;

運行結果如下:

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,因此應該盡量減少同步的內容。通常沒有必要同步整個方法,使用synchronized代碼塊同步關鍵代碼即可。

(3)使用特殊域變量(Volatile)實現線程同步

a.volatile關鍵字為域變量的訪問提供了一種免鎖機制

b.使用volatile修飾域相當于告訴虛擬機該域可能會被其他線程更新

c.因此每次使用該域就要重新計算,而不是使用寄存器中的值

d.volatile不會提供任何原子操作,它也不能用來修飾final類型的變量

Bank.java代碼如下:

package threadTest;

運行效果怎樣呢?

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會組織編譯器對代碼優化,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volatile修飾的變量時都是從內存中讀取,而不是存緩存當中讀取,因此每個線程訪問到的變量值都是一樣的。這樣就保證了同步。如果你想學習Java可以來這個群,首先是一二六,中間是五三四,最后是五一九,里面有大量的學習資料可以下載。

(4)使用重入鎖實現線程同步

在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了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義,并且擴展了其能力。

ReenreantLock類的常用方法有:

ReentrantLock() : 創建一個ReentrantLock實例

lock() : 獲得鎖

unlock() : 釋放鎖

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

Bank.java代碼修改如下:

package threadTest;

運行效果怎么樣呢?

余額不足

效果和前兩種方法差不多。

如果synchronized關鍵字能滿足用戶的需求,就用synchronized,因為它能簡化代碼 。如果需要更高級的功能,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代碼釋放鎖

(5)使用局部變量實現線程同步

Bank.java代碼如下:

package threadTest;

運行效果:

余額不足

看了運行效果,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,則每一個使用該變量的線程都獲得該變量的副本,副本之間相互獨立,這樣每一個線程都可以隨意修改自己的變量副本,而不會對其他線程產生影響。現在明白了吧,原來每個線程運行的都是一個副本,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線程中相同變量的訪問沖突問題

b.前者采用以”空間換時間”的方法,后者采用以”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。

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