JAVA中线程同步的方法(7种)汇总

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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: 

synchronized(object){

}

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。

package com.xhj.thread;

    /**    * 线程同步的运用

    *

    * @author XIEHEJUN

    *

    */publicclass SynchronizedThread {

        class Bank {

            privateintaccount = 100;

            publicint getAccount() {

                return account;

            }

            /**            * 用同步方法实现

            *

            * @param money

            */publicsynchronizedvoidsave(int money) {

                account += money;

            }

            /**            * 用同步代码块实现

            *

            * @param money

            */publicvoidsave1(int money) {

                synchronized(this) {

                    account += money;

                }

            }

        }

classNewThreadimplements Runnable {

            private Bank bank;

            public NewThread(Bank bank) {

                this.bank = bank;

            }

            @Override

            publicvoid run() {

                for(inti = 0; i < 10; i++) {

                    // bank.save1(10);bank.save(10);

                    System.out.println(i + "账户余额为:" + bank.getAccount());

                }

            }

        }

        /**        * 建立线程,调用内部类

        */publicvoid useThread() {

            Bank bank =new Bank();

            NewThread new_thread =new NewThread(bank);

            System.out.println("线程1");

            Thread thread1 =new Thread(new_thread);

            thread1.start();

            System.out.println("线程2");

            Thread thread2 =new Thread(new_thread);

            thread2.start();

        }

        publicstaticvoid main(String[] args) {

            SynchronizedThread st =new SynchronizedThread();

            st.useThread();

        }

    }




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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。同步相关的参见《Synchronized之一:基本使用

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:

publicsynchronizedvoid aMethod() {

    // do something } publicstaticsynchronizedvoid anotherMethod() {

    // do something }

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:

publicclassThreadTestimplements Runnable{publicsynchronizedvoid run(){

  for(inti=0;i<10;i++) {

    System.out.print(" " + i);

  }

}publicstaticvoid main(String[] args) {

  Runnable r1 =newThreadTest();//也可写成ThreadTest r1 = new ThreadTest();  Runnable r2 =new ThreadTest();

  Thread t1 =new Thread(r1);

  Thread t2 =new Thread(r2);

  t1.start();

  t2.start();

}}


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:

publicclassThreadTestimplements Runnable{publicsynchronizedvoid run(){

  for(inti=0;i<10;i++){

    System.out.print(" " + i);

  }

}publicstaticvoid main(String[] args){

  Runnable r =new ThreadTest();

  Thread t1 =new Thread(r);

  Thread t2 =new Thread(r);

  t1.start();

  t2.start();

}}


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:

publicclassThreadTestimplements Runnable{publicvoid run(){

    synchronized(this){

    for(inti=0;i<10;i++){

        System.out.print(" " + i);

    }

}

}publicstaticvoid main(String[] args){

    Runnable r =new ThreadTest();

    Thread t1 =new Thread(r);

    Thread t2 =new Thread(r);

    t1.start();

    t2.start();

}

}   


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:

publicclassThreadTestimplements Runnable{publicvoid run(){

  for(intk=0;k<5;k++){

    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : for loop : " + k);

  }synchronized(this){

  for(intk=0;k<5;k++) {

    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : synchronized for loop : " + k);

  }} }publicstaticvoid main(String[] args){

  Runnable r =new ThreadTest();

  Thread t1 =newThread(r,"t1_name");

  Thread t2 =newThread(r,"t2_name");

  t1.start();

  t2.start();

} }


运行结果:

t1_name : for loop : 0

t1_name : for loop : 1

t1_name : for loop : 2

t2_name : for loop : 0

t1_name : for loop : 3

t2_name : for loop : 1

t1_name : for loop : 4

t2_name : for loop : 2

t1_name : synchronized for loop : 0

t2_name : for loop : 3

t1_name : synchronized for loop : 1

t2_name : for loop : 4

t1_name : synchronized for loop : 2

t1_name : synchronized for loop : 3

t1_name : synchronized for loop : 4

t2_name : synchronized for loop : 0

t2_name : synchronized for loop : 1

t2_name : synchronized for loop : 2

t2_name : synchronized for loop : 3

t2_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。

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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。

notifyAll():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

见《Java并发编程之三:volatile关键字解析 转载

下面使用volatile示例场景是错误的:

package com.dxz.volatiledemo;//只给出要修改的代码,其余代码与上同class Bank {

    // 需要同步的变量加上volatileprivatevolatileintaccount = 100;

    publicint getAccount() {

        return account;

    }

    // 这里不再需要synchronizedpublicvoidsave(int money) {

        account += money;

    }

}package com.dxz.volatiledemo;import java.util.concurrent.CountDownLatch;publicclassMyThreadimplements Runnable {

    Bank bank;

    CountDownLatch cdl;

    MyThread(Bank bank, CountDownLatch cdl) {

        this.bank = bank;

        this.cdl = cdl;

    }

    @Override

    publicvoid run() {

        for(inti = 1; i < 101; i++) {

            bank.save(i);

        }

        cdl.countDown();

    }

}package com.dxz.volatiledemo;import java.util.concurrent.CountDownLatch;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.TimeUnit;publicclass Client {

    publicstaticvoidmain(String[] args)throws InterruptedException {

        intnum = 70;

        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(num);

        Bank bank =new Bank();

        CountDownLatch cdl =new CountDownLatch(num);

        for(inti = 0; i

            MyThread mt =new MyThread(bank, cdl);

            es.submit(mt);

            //TimeUnit.SECONDS.sleep(1);        }

        cdl.await();

        es.shutdown();

        System.out.println(bank.getAccount());


    }

}

每个线程间隔一秒时,计算结果是:353600,如果去掉线程间隔让线程竞争起来,结果很多时候不一致。验证了volatile变量的以下特性:

可见性。对一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入。

原子性:对任意单个volatile变量的读/写具有原子性,但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。

五、使用重入锁实现线程同步

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: 

//只给出要修改的代码,其余代码与上同class Bank {


            privateintaccount = 100;

            //需要声明这个锁privateLock lock =new ReentrantLock();

            publicint getAccount() {

                return account;

            }

            //这里不再需要synchronized publicvoidsave(int money) {

                lock.lock();

                try{

                    account += money;

                }finally{

                    lock.unlock();

                }


            }

        }

 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: 

//只改Bank类,其余代码与上同publicclass Bank{

            //使用ThreadLocal类管理共享变量accountprivatestaticThreadLocal account =newThreadLocal(){

                @Override

                protected Integer initialValue(){

                    return100;

                }

            };

            publicvoidsave(int money){

                account.set(account.get()+money);

            }

            publicint getAccount(){

                return account.get();

            }

        }

    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<E>来实现线程的同步 LinkedBlockingQueue<E>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<E>定义了阻塞队列的常用方法,尤其是四种操作元素的方法,我们要多加注意,当队列满或空时:

  add()方法会抛出异常

  offer()方法返回false

  take()方法会阻塞

  put()方法会阻塞



7.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

class Bank {

    privateAtomicInteger account =newAtomicInteger(100);

    public AtomicInteger getAccount() {

        return account;

    }

    publicvoidsave(int money) {

        account.addAndGet(money);

    }

}