Java多執行緒(十五):多執行緒同步的五種方法
一、為什麼要執行緒同步
因為當我們有多個執行緒要同時訪問一個變數或物件時,如果這些執行緒中既有讀又有寫操作時,就會導致變數值或物件的狀態出現混亂,從而導致程式異常。舉個例子,如果一個銀行賬戶同時被兩個執行緒操作,一個取100塊,一個存錢100塊。假設賬戶原本有0塊,如果取錢執行緒和存錢執行緒同時發生,會出現什麼結果呢?取錢不成功,賬戶餘額是100.取錢成功了,賬戶餘額是0.那到底是哪個呢?很難說清楚。因此多執行緒同步就是要解決這個問題。
二、不同步時的程式碼
Bank.java
package threadTest;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count =0;//賬戶餘額
//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( "餘額不足");
return;
}
count -=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
}
//查詢
public void lookMoney(){
System.out.println("賬戶餘額:"+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();
}
}
程式碼很簡單,我就不解釋了,看看執行結果怎樣呢?截取了其中的一部分,是不是很亂,有些看不懂。
餘額不足
賬戶餘額:0
餘額不足
賬戶餘額:100
1441790503354存進:100
賬戶餘額:100
1441790504354存進:100
賬戶餘額:100
1441790504354取出:100
賬戶餘額:100
1441790505355存進:100
賬戶餘額:100
1441790505355取出:100
賬戶餘額:100
三、使用同步時的程式碼
1、同步方法
即有synchronized關鍵字修飾的方法。 由於java的每個物件都有一個內建鎖,當用此關鍵字修飾方法時,內建鎖會保護整個方法。在呼叫該方法前,需要獲得內建鎖,否則就處於阻塞狀態。
修改後的Bank.java
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count =0;//賬戶餘額
//存錢
public synchronized void addMoney(int money){
count +=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進:"+money);
}
//取錢
public synchronized void subMoney(int money){
if(count-money < 0){
System.out.println("餘額不足");
return;
}
count -=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
}
//查詢
public void lookMoney(){
System.out.println("賬戶餘額:"+count);
}
}
再看看執行結果:
餘額不足
賬戶餘額:0
餘額不足
賬戶餘額:0
1441790837380存進:100
賬戶餘額:100
1441790838380取出:100
賬戶餘額:0
1441790838380存進:100
賬戶餘額:100
1441790839381取出:100
賬戶餘額:0
瞬間感覺可以理解了吧。
注: synchronized關鍵字也可以修飾靜態方法,此時如果呼叫該靜態方法,將會鎖住整個類。
2、同步程式碼塊
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建鎖,從而實現同步。
Bank.java程式碼如下:
package threadTest;
package threadTest;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count =0;//賬戶餘額
//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("餘額不足");
return;
}
count -=money;
}
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出:"+money);
}
//查詢
public void lookMoney(){
System.out.println("賬戶餘額:"+count);
}
}
執行結果如下:
餘額不足
賬戶餘額:0
1441791806699存進:100
賬戶餘額:100
1441791806700取出:100
賬戶餘額:0
1441791807699存進:100
賬戶餘額:100
效果和方法一差不多。
注:同步是一種高開銷的操作,因此應該儘量減少同步的內容。通常沒有必要同步整個方法,使用synchronized程式碼塊同步關鍵程式碼即可。
3、使用特殊域變數(volatile)實現執行緒同步
(1)volatile關鍵字為域變數的訪問提供了一種免鎖機制;
(2)使用volatile修飾域相當於告訴虛擬機器該域可能會被其他執行緒更新;
(3)因此每次使用該域就要重新計算,而不是使用暫存器中的值;
(4)volatile不會提供任何原子操作,它也不能用來修飾final型別的變數。
Bank.java程式碼如下:
package threadTest;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private volatile int count = 0;// 賬戶餘額
// 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("餘額不足");
return;
}
count -= money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出:" + money);
}
// 查詢
public void lookMoney() {
System.out.println("賬戶餘額:" + count);
}
}
執行效果怎樣呢?
餘額不足
賬戶餘額:0
餘額不足
賬戶餘額:100
1441792010959存進:100
賬戶餘額:100
1441792011960取出:100
賬戶餘額:0
1441792011961存進:100
賬戶餘額:100
是不是又看不懂了,又亂了。這是為什麼呢?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會組織編譯器對程式碼優化,因此能不使用它就不使用它吧。它的原理是每次要執行緒要訪問volatile修飾的變數時都是從記憶體中讀取,而不是從快取當中讀取,因此每個執行緒訪問到的變數值都是一樣的。這樣就保證了同步。
4、使用重入鎖實現執行緒同步
在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支援同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了Lock介面的鎖, 它與使用synchronized方法和塊具有相同的基本行為和語義,並且擴充套件了其能力。
ReenreantLock類的常用方法有:
ReentrantLock() :建立一個ReentrantLock例項
lock() :獲得鎖
unlock() :釋放鎖
注:ReentrantLock()還有一個可以建立公平鎖的構造方法,但由於能大幅度降低程式執行效率,不推薦使用。
Bank.java程式碼修改如下:
package threadTest;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
public class Bank {
private int count = 0;// 賬戶餘額
//需要宣告這個鎖
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("餘額不足");
return;
}
count -= money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出:" + money);
}finally{
lock.unlock();
}
}
// 查詢
public void lookMoney() {
System.out.println("賬戶餘額:" + count);
}
}
執行效果怎樣呢?
餘額不足
賬戶餘額:0
餘額不足
賬戶餘額:0
1441792891934存進:100
賬戶餘額:100
1441792892935存進:100
賬戶餘額:200
1441792892954取出:100
賬戶餘額:100
效果和前兩種方法差不多。
如果synchronized關鍵字能滿足使用者的需求,就用synchronized,因為它能簡化程式碼 。如果需要更高階的功能,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程式碼釋放鎖。
5、使用區域性變數實現執行緒同步
Bank.java程式碼如下:
package com.demo.test;
/**
* @author lixiaoxi
*
*/
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("餘額不足");
return;
}
count.set(count.get()- money);
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出:" + money);
}
// 查詢
public void lookMoney() {
System.out.println("賬戶餘額:" + count.get());
}
}
執行效果:
餘額不足
賬戶餘額:0
1511166594460存進:100
賬戶餘額:200
餘額不足
賬戶餘額:0
1511166595460存進:100
賬戶餘額:300
餘額不足
賬戶餘額:0
1511166596460存進:100
賬戶餘額:400
看了執行效果,一開始一頭霧水,怎麼只讓存,不讓取啊?看看ThreadLocal的原理:
如果使用ThreadLocal管理變數,則每一個使用該變數的執行緒都獲得該變數的副本,副本之間相互獨立,這樣每一個執行緒都可以隨意修改自己的變數副本,而不會對其他執行緒產生影響。現在明白了吧,原來每個執行緒執行的都是一個副本,也就是說存錢和取錢是兩個賬戶,只是名字相同而已。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執行緒中相同變數的訪問衝突問題;
b.前者採用以”空間換時間”的方法,後者採用以”時間換空間”的方式。