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:
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(); } }
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:
//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; } }
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:
//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(); } } }
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:
//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(); } }
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
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 }
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
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 } 11 }
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。