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java筆記--關於執行緒同步(7種同步方式)

關於執行緒同步(7種方式)

為何要使用同步? 
    java允許多執行緒併發控制,當多個執行緒同時操作一個可共享的資源變數時(如資料的增刪改查), 
    將會導致資料不準確,相互之間產生衝突,因此加入同步鎖以避免在該執行緒沒有完成操作之前,被其他執行緒的呼叫, 
    從而保證了該變數的唯一性和準確性。

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。


    程式碼如: 
    public synchronized void save(){}


   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


    程式碼如: 
    synchronized(object){ 
    }


    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。 
     
    程式碼例項: 
    

複製程式碼
package com.xhj.thread;

    
/** * 執行緒同步的運用 * * @author XIEHEJUN * */ public class SynchronizedThread { class Bank { private int account = 100; public int getAccount() { return account; } /** * 用同步方法實現 * *
@param money */ public synchronized void save(int money) { account += money; } /** * 用同步程式碼塊實現 * * @param money */ public void save1(int money) { synchronized (this) { account += money; } } } class NewThread implements Runnable { private Bank bank; public NewThread(Bank bank) { this.bank = bank; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { // bank.save1(10); bank.save(10); System.out.println(i + "賬戶餘額為:" + bank.getAccount()); } } } /** * 建立執行緒,呼叫內部類 */ public void useThread() { Bank bank = new Bank(); NewThread new_thread = new NewThread(bank); System.out.println("執行緒1"); Thread thread1 = new Thread(new_thread); thread1.start(); System.out.println("執行緒2"); Thread thread2 = new Thread(new_thread); thread2.start(); } public static void main(String[] args) { SynchronizedThread st = new SynchronizedThread(); st.useThread(); } }
複製程式碼

     
3.使用特殊域變數(volatile)實現執行緒同步

    a.volatile關鍵字為域變數的訪問提供了一種免鎖機制, 
    b.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, 
    c.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 
    d.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 
    
    例如: 
        在上面的例子當中,只需在account前面加上volatile修飾,即可實現執行緒同步。 
    
    程式碼例項: 
    

複製程式碼
      //只給出要修改的程式碼,其餘程式碼與上同
        class Bank {
            //需要同步的變數加上volatile
            private volatile int account = 100;

            public int getAccount() {
                return account;
            }
            //這裡不再需要synchronized 
            public void save(int money) {
                account += money;
            }
        }
複製程式碼


    注:多執行緒中的非同步問題主要出現在對域的讀寫上,如果讓域自身避免這個問題,則就不需要修改操作該域的方法。 
    用final域,有鎖保護的域和volatile域可以避免非同步的問題。 
    
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方法和快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 
        
    例如: 
        在上面例子的基礎上,改寫後的程式碼為: 
        
    程式碼例項: 
    

複製程式碼
//只給出要修改的程式碼,其餘程式碼與上同
        class Bank {
            
            private int account = 100;
            //需要宣告這個鎖
            private Lock lock = new ReentrantLock();
            public int getAccount() {
                return account;
            }
            //這裡不再需要synchronized 
            public void save(int money) {
                lock.lock();
                try{
                    account += money;
                }finally{
                    lock.unlock();
                }
                
            }
        }
複製程式碼

          
    注:關於Lock物件和synchronized關鍵字的選擇: 
        a.最好兩個都不用,使用一種java.util.concurrent包提供的機制, 
            能夠幫助使用者處理所有與鎖相關的程式碼。 
        b.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 
        c.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 
    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。

    ThreadLocal 類的常用方法

    ThreadLocal() : 建立一個執行緒本地變數 
    get() : 返回此執行緒區域性變數的當前執行緒副本中的值 
    initialValue() : 返回此執行緒區域性變數的當前執行緒的"初始值" 
    set(T value) : 將此執行緒區域性變數的當前執行緒副本中的值設定為value

    例如: 
        在上面例子基礎上,修改後的程式碼為: 
        
    程式碼例項: 
        

複製程式碼
//只改Bank類,其餘程式碼與上同
        public class Bank{
            //使用ThreadLocal類管理共享變數account
            private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
                @Override
                protected Integer initialValue(){
                    return 100;
                }
            };
            public void save(int money){
                account.set(account.get()+money);
            }
            public int getAccount(){
                return account.get();
            }
        }
複製程式碼

    注: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

6.使用阻塞佇列實現執行緒同步

    前面5種同步方式都是在底層實現的執行緒同步,但是我們在實際開發當中,應當儘量遠離底層結構。 
    使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包將有助於簡化開發。 
    本小節主要是使用LinkedBlockingQueue<E>來實現執行緒的同步 
    LinkedBlockingQueue<E>是一個基於已連線節點的,範圍任意的blocking queue。 
    佇列是先進先出的順序(FIFO),關於佇列以後會詳細講解~ 
    
   LinkedBlockingQueue 類常用方法 
    LinkedBlockingQueue() : 建立一個容量為Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue 
    put(E e) : 在隊尾新增一個元素,如果佇列滿則阻塞 
    size() : 返回佇列中的元素個數 
    take() : 移除並返回隊頭元素,如果佇列空則阻塞 
    
   程式碼例項: 
        實現商家生產商品和買賣商品的同步

複製程式碼
 1 package com.xhj.thread;
 2 
 3 import java.util.Random;
 4 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
 5 
 6 /**
 7  * 用阻塞佇列實現執行緒同步 LinkedBlockingQueue的使用
 8  * 
 9  * @author XIEHEJUN
10  * 
11  */
12 public class BlockingSynchronizedThread {
13     /**
14      * 定義一個阻塞佇列用來儲存生產出來的商品
15      */
16     private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
17     /**
18      * 定義生產商品個數
19      */
20     private static final int size = 10;
21     /**
22      * 定義啟動執行緒的標誌,為0時,啟動生產商品的執行緒;為1時,啟動消費商品的執行緒
23      */
24     private int flag = 0;
25 
26     private class LinkBlockThread implements Runnable {
27         @Override
28         public void run() {
29             int new_flag = flag++;
30             System.out.println("啟動執行緒 " + new_flag);
31             if (new_flag == 0) {
32                 for (int i = 0; i < size; i++) {
33                     int b = new Random().nextInt(255);
34                     System.out.println("生產商品:" + b + "號");
35                     try {
36                         queue.put(b);
37                     } catch (InterruptedException e) {
38                         // TODO Auto-generated catch block
39                         e.printStackTrace();
40                     }
41                     System.out.println("倉庫中還有商品:" + queue.size() + "個");
42                     try {
43                         Thread.sleep(100);
44                     } catch (InterruptedException e) {
45                         // TODO Auto-generated catch block
46                         e.printStackTrace();
47                     }
48                 }
49             } else {
50                 for (int i = 0; i < size / 2; i++) {
51                     try {
52                         int n = queue.take();
53                         System.out.println("消費者買去了" + n + "號商品");
54                     } catch (InterruptedException e) {
55                         // TODO Auto-generated catch block
56                         e.printStackTrace();
57                     }
58                     System.out.println("倉庫中還有商品:" + queue.size() + "個");
59                     try {
60                         Thread.sleep(100);
61                     } catch (Exception e) {
62                         // TODO: handle exception
63                     }
64                 }
65             }
66         }
67     }
68 
69     public static void main(String[] args) {
70         BlockingSynchronizedThread bst = new BlockingSynchronizedThread();
71         LinkBlockThread lbt = bst.new LinkBlockThread();
72         Thread thread1 = new Thread(lbt);
73         Thread thread2 = new Thread(lbt);
74         thread1.start();
75         thread2.start();
76 
77     }
78 
79 }
複製程式碼

注:BlockingQueue<E>定義了阻塞佇列的常用方法,尤其是三種新增元素的方法,我們要多加註意,當佇列滿時:

add()方法會丟擲異常

  offer()方法返回false

  put()方法會阻塞

7.使用原子變數實現執行緒同步

需要使用執行緒同步的根本原因在於對普通變數的操作不是原子的。


那麼什麼是原子操作呢?
原子操作就是指將讀取變數值、修改變數值、儲存變數值看成一個整體來操作
即-這幾種行為要麼同時完成,要麼都不完成。

在java的util.concurrent.atomic包中提供了建立了原子型別變數的工具類
使用該類可以簡化執行緒同步。

其中AtomicInteger 表可以用原子方式更新int的值,可用在應用程式中(如以原子方式增加的計數器),
但不能用於替換Integer;可擴充套件Number,允許那些處理機遇數字類的工具和實用工具進行統一訪問。

AtomicInteger類常用方法:
AtomicInteger(int initialValue) : 建立具有給定初始值的新的AtomicInteger
addAddGet(int dalta) : 以原子方式將給定值與當前值相加
get() : 獲取當前值

程式碼例項:
只改Bank類,其餘程式碼與上面第一個例子同

複製程式碼
 1 class Bank {
 2         private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
 3 
 4         public AtomicInteger getAccount() {
 5             return account;
 6         }
 7 
 8         public void save(int money) {
 9             account.addAndGet(money);
10         }
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複製程式碼

補充--原子操作主要有:
  對於引用變數和大多數原始變數(long和double除外)的讀寫操作;
  對於所有使用volatile修飾的變數(包括long和double)的讀寫操作。