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五種Java多線程同步的方法

更新時間：2015年09月18日 14:50:37 投稿：lijiao

這篇文章主要為大家詳細介紹了五種Java多線程同步的方法，需要的朋友可以參考下

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(tài)出現(xiàn)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(fā)生，會出現(xiàn)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。

一、不同步時的代碼

Bank.java 
 
package threadTest; 
 
/** 
* @author ww 
* 
*/ 
public class Bank { 
 
 private int count =0;//賬戶余額 
 
 //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("余額不足"); 
   return; 
  } 
  count -=money; 
  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); 
 } 
 
 //查詢 
 public void lookMoney(){ 
  System.out.println("賬戶余額："+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(); 
 } 
 
}

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
賬戶余額：0

余額不足
賬戶余額：100

1441790503354存進：100
賬戶余額：100

1441790504354存進：100
賬戶余額：100

1441790504354取出：100
賬戶余額：100

1441790505355存進：100
賬戶余額：100

1441790505355取出：100
賬戶余額：100

二、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(tài)。

修改后的Bank.java

再看看運行結果：

余額不足
賬戶余額：0

1441790837380存進：100
賬戶余額：100

1441790838380取出：100
賬戶余額：0
1441790838380存進：100
賬戶余額：100

1441790839381取出：100
賬戶余額：0

瞬間感覺可以理解了吧。

注： synchronized關鍵字也可以修飾靜態(tài)方法，此時如果調用該靜態(tài)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(xiàn)同步

Bank.java代碼如下：

package threadTest; 
 
/** 
* @author ww 
* 
*/ 
public class Bank { 
 
 private int count =0;//賬戶余額 
 
 //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("余額不足"); 
    return; 
   } 
   count -=money; 
  } 
  System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); 
 } 
 
 //查詢 
 public void lookMoney(){ 
  System.out.println("賬戶余額："+count); 
 } 
}

運行結果如下：

余額不足
賬戶余額：0

1441791806699存進：100
賬戶余額：100

1441791806700取出：100
賬戶余額：0

1441791807699存進：100
賬戶余額：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(xiàn)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; 
 
/** 
* @author ww 
* 
*/ 
public class Bank { 
 
 private volatile int count = 0;// 賬戶余額 
 
 // 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("余額不足"); 
   return; 
  } 
  count -= money; 
  System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); 
 } 
 
 // 查詢 
 public void lookMoney() { 
  System.out.println("賬戶余額：" + count); 
 } 
}

運行效果怎樣呢？

余額不足
賬戶余額：0

余額不足
賬戶余額：100

1441792010959存進：100
賬戶余額：100

1441792011960取出：100
賬戶余額：0

1441792011961存進：100
賬戶余額：100

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(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。

（4）使用重入鎖實現(xiàn)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(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義，并且擴展了其能力。
ReenreantLock類的常用方法有：
ReentrantLock() : 創(chuàng)建一個ReentrantLock實例
lock() : 獲得鎖
unlock() : 釋放鎖
注：ReentrantLock()還有一個可以創(chuàng)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; 
 
import java.util.concurrent.locks.Lock; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
 
/** 
* @author ww 
* 
*/ 
public class Bank { 
 
 private int count = 0;// 賬戶余額 
 
 //需要聲明這個鎖 
 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("余額不足"); 
   return; 
  } 
  count -= money; 
  System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); 
  }finally{ 
   lock.unlock(); 
  } 
 } 
 
 // 查詢 
 public void lookMoney() { 
  System.out.println("賬戶余額：" + count); 
 } 
}

運行效果怎么樣呢？

余額不足
賬戶余額：0

1441792891934存進：100
賬戶余額：100

1441792892935存進：100
賬戶余額：200

1441792892954取出：100
賬戶余額：100

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(xiàn)死鎖，通常在finally代碼釋放鎖

（5）使用局部變量實現(xiàn)線程同步

Bank.java代碼如下：

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("余額不足"); 
   return; 
  } 
  count.set(count.get()- money); 
  System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); 
 } 
 
 // 查詢 
 public void lookMoney() { 
  System.out.println("賬戶余額：" + count.get()); 
 } 
}

運行效果：

余額不足
賬戶余額：0

1441794247939存進：100
賬戶余額：100

余額不足
1441794248940存進：100
賬戶余額：0

賬戶余額：200

余額不足
賬戶余額：0

1441794249941存進：100
賬戶余額：300

看了運行效果，一開始一頭霧水，怎么只讓存，不讓取??？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(xiàn)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(fā)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(xiàn)在都明白了吧。各有優(yōu)劣，各有適用場景，希望本文可以對大家更深入的了解Java 多線程同步有所幫助。

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