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Java 多線程同步的五種方法

一、引言

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前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎(chǔ)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?qū)ο髸r，如果這些線程中既有讀又有寫操作時，就會導(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(shè)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(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.那到底是哪個呢？很難說清楚。因此多線程同步就是要解決這個問題。

三、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(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
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

四、使用同步時的代碼

（1）同步方法：

即有synchronized關(guān)鍵字修飾的方法。由于java的每個對象都有一個內(nèi)置鎖，當用此關(guān)鍵字修飾方法時，內(nèi)置鎖會保護整個方法。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

再看看運行結(jié)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(guān)鍵字也可以修飾靜態(tài)方法，此時如果調(diào)用該靜態(tài)方法，將會鎖住整個類

（2）同步代碼塊

即有synchronized關(guān)鍵字修飾的語句塊。被該關(guān)鍵字修飾的語句塊會自動被加上內(nèi)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(jié)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(yīng)該盡量減少同步的內(nèi)容。通常沒有必要同步整個方法，使用synchronized代碼塊同步關(guān)鍵代碼即可。

（3）使用特殊域變量(Volatile)實現(xiàn)線程同步

a.volatile關(guān)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(dǎo)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(nèi)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(gòu)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(guān)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 count = new ThreadLocal(){    
     
          @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(chǎn)生影響?，F(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。手工，吃飯去了。

分享名稱：Java 多線程同步的五種方法
文章源于：http://m.5511xx.com/article/cdidchh.html

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