【java】동기화를 사용하는 이유는 무엇입니까? 스레드 동기화 정보(7가지 방법)
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- 2018-08-06 11:58:184378검색
동기화를 사용하는 이유는 무엇인가요?
Java에서는 다중 스레드 동시성 제어를 허용합니다. 여러 스레드가 동시에 공유 가능한 리소스 변수를 작동하는 경우(예: 데이터 추가, 삭제, 수정, 확인)
데이터가 부정확해지고 서로 충돌할 수 있습니다. 따라서 잠금은 스레드가 작업을 완료하기 전에 다른 스레드에 의해 호출되는 것을 방지하여 변수의 고유성과 정확성을 보장하는 데 사용됩니다.
1. 동기화 방법 동기화 키워드로 수정된 방법이 있습니다.
Java의 모든 객체에는 내장 잠금이 있으므로 이 키워드로 메소드를 수정하면 내장 잠금이 전체 메소드를 보호합니다. 이 메서드를 호출하기 전에 내장 잠금을 얻어야 합니다. 그렇지 않으면 차단됩니다.
다음과 같은 코드:
참고: 이 때 정적 메서드를 호출하면 전체 클래스가 잠깁니다.
동기화 키워드를 수정한 문장 블록입니다. 이 키워드로 수정된 명령문 블록은 동기화를 달성하기 위해 기본 제공 잠금과 함께 자동으로 추가됩니다.
Code such as:
synchronized(object){
} 참고: 동기화는 비용이 많이 드는 작업이므로 동기화 내용은 다음과 같아야 합니다. 최소화. 일반적으로 전체 방법을 동기화할 필요는 없으며, 동기화된 코드 블록을 사용하여 키 코드를 동기화하면 됩니다.
코드 예:
package com.xhj.thread;
/**
* 线程同步的运用
*
* @author XIEHEJUN
*
*/
public class SynchronizedThread {
class Bank {
private int account = 100;
public int getAccount() {
return account;
}
/**
* 用同步方法实现
*
* @param money
*/
public synchronized void save(int money) {
account += money;
}
/**
* 用同步代码块实现
*
* @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 + "账户余额为：" + bank.getAccount());
}
}
}
/**
* 建立线程，调用内部类
*/
public void 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();
}
public static void main(String[] args) {
SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
st.useThread();
}
}3. 특수 도메인 변수(휘발성)를 사용하여 스레드 동기화 달성
a. 휘발성 키워드는 도메인 변수에 액세스하기 위한 잠금 없는 메커니즘을 제공합니다.
c. 따라서 레지스터의 값을 사용하는 대신 필드가 사용될 때마다 다시 계산해야 합니다.
d.휘발성은 그렇지 않습니다. 원자 연산을 제공하며 사용할 수 없습니다. 최종 유형 변수를 수정하려면
예를 들면 다음과 같습니다.
위의 예에서는 스레드 동기화를 달성하기 위해 계정 앞에 휘발성 수정을 추가하기만 하면 됩니다.
코드 예:
//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volatile
private volatile int account = 100;
public int getAccount() {
return account;
}
//这里不再需要synchronized
public void save(int money) {
account += money;
}
｝참고: 멀티스레딩의 비동기화 문제는 주로 필드 읽기 및 쓰기에서 발생합니다. 도메인 자체에서 이 문제를 방지하는 경우 필드 작동 방법을 수정할 필요가 없습니다.
비동기 문제를 방지하려면 최종 필드, 잠금 보호 필드 및 휘발성 필드를 사용하세요.
4. 재진입 잠금을 사용하여 스레드 동기화 달성
동기화를 지원하기 위해 새로운 java.util.concurrent 패키지가 JavaSE5.0에 추가되었습니다.
이는 동기화된 메서드 및 블록을 사용하는 것과 동일한 기본 동작 및 의미를 가지며 해당 기능을 확장합니다.
ReenreantLock 클래스의 일반적인 메서드는 다음과 같습니다.
ReentrantLock (): ReentrantLock 인스턴스 생성
lock(): 잠금 획득 Unlock(): 잠금 해제
참고: ReentrantLock()에도 공정한 잠금을 생성할 수 있는 생성 메서드가 있지만 효율성이 크게 떨어질 수 있기 때문입니다. 해당 프로그램은 적합하지 않습니다.
사용을 권장합니다. 예:
위의 예를 바탕으로 다시 작성된 코드는 다음과 같습니다.
코드 예:
//只给出要修改的代码，其余代码与上同
class Bank {
private int account = 100;
//需要声明这个锁
private Lock lock = new ReentrantLock();
public int getAccount() {
return account;
}
//这里不再需要synchronized
public void save(int money) {
lock.lock();
try{
account += money;
}finally{
lock.unlock();
}
}
｝참고: Lock 개체 및 동기화 키워드 선택 관련:
a. 둘 중 어느 것도 사용하지 않는 것이 가장 좋습니다. java.util.concurrent 패키지에서 제공하는 메커니즘을 사용하면 사용자가 모든 잠금 관련 코드를 처리하는 데 도움이 됩니다. C b. 동기화된 키워드가 사용자의 요구를 충족할 수 있으면 코드를 단순화할 수 있으므로 동기화를 사용합니다. 더 높은 수준의 기능이 필요한 경우 이때 ReentrantLock 클래스를 사용합니다. 일반적으로 최종 코드에서 잠금이 해제됩니다.
ThreadLocal 클래스의 일반적인 메서드
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：
代码实例：
//只改Bank类，其余代码与上同
public class Bank{
//使用ThreadLocal类管理共享变量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"的方法
6.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来实现线程的同步
LinkedBlockingQueue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
1 package com.xhj.thread;
2
3 import java.util.Random;
4 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
5
6 /**
7 * 用阻塞队列实现线程同步 LinkedBlockingQueue的使用
8 *
9 * @author XIEHEJUN
10 *
11 */
12 public class BlockingSynchronizedThread {
13 /**
14 * 定义一个阻塞队列用来存储生产出来的商品
15 */
16 private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
17 /**
18 * 定义生产商品个数
19 */
20 private static final int size = 10;
21 /**
22 * 定义启动线程的标志，为0时，启动生产商品的线程；为1时，启动消费商品的线程
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("启动线程 " + 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("生产商品：" + b + "号");
35 try {
36 queue.put(b);
37 } catch (InterruptedException e) {
38 // TODO Auto-generated catch block
39 e.printStackTrace();
40 }
41 System.out.println("仓库中还有商品：" + queue.size() + "个");
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("消费者买去了" + n + "号商品");
54 } catch (InterruptedException e) {
55 // TODO Auto-generated catch block
56 e.printStackTrace();
57 }
58 System.out.println("仓库中还有商品：" + queue.size() + "个");
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
add()方法会抛出异常
offer()方法返回false
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AtomicInteger
addAddGet(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
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 }
补充--原子操作主要有：
对于引用变量和大多数原始变量(long和double除外)的读写操作；
对于所有使用volatile修饰的变量(包括long和double)的读写操作。
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