Java를 동기화하는 방법

동기화를 달성해야 하는 이유

java는 다중 스레드 동시성을 허용합니다. control 에서는 여러 스레드가 공유 가능한 리소스 변수를 동시에 조작(데이터 추가, 삭제, 수정, 확인 등)할 경우 부정확한 데이터 및 서로 충돌이 발생하므로 이를 방지하기 위해 동기화 잠금을 추가합니다. 작업이 완료되기 전에 스레드를 호출하여 변수의 고유성과 정확성을 보장합니다.

1. 예시

예를 들어 은행 계좌를 두 개의 스레드로 동시에 운영하는 경우 하나에는 100위안이 걸리고 기타 예금 돈 100 위안. 원래 계정에 블록이 0개 있다고 가정하면 출금 스레드와 입금 스레드가 동시에 발생하면 어떻게 될까요? 출금에 실패했으며 계좌 잔액은 100입니다. 출금이 성공되었으며 계좌잔고는 0입니다. 그러나 어느 잔액이 어느 잔액에 해당합니까? 명확하게 말하기 어렵기 때문에 다중 스레드 동기화 문제가 발생합니다.

2. 동기화가 되지 않는 상황

예를 들어 은행 계좌를 두 개의 스레드로 동시에 운영한다면 하나는 100블록을 차지합니다. , 각각 100 위안을 절약합니다. 원래 계정에 블록이 0개 있다고 가정하면 출금 스레드와 입금 스레드가 동시에 발생하면 어떻게 될까요? 출금에 실패하면 계좌잔고는 100이 되고, 출금에 성공하면 계좌잔고는 0이 됩니다. 그러나 어느 잔액이 어느 잔액에 해당합니까? 명확하게 말하기 어렵기 때문에 다중 스레드 동기화 문제가 발생합니다.

public class Bank {
   private int count =0;//账户余额
   
   //存钱
   public  void addMoney(int money){
       count +=money;
       System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
   }
    
    //取钱
    public  void subMoney(int money){
        if(count-money < 0){
            System.out.println("余额不足");
            return;
        }
        count -=money;
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
    }
    
    //查询
    public void lookMoney(){
        System.out.println("账户余额："+count);
    }
}

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();
}
}

실행 결과:

1502542307917取出：100
账号余额：100
1502542308917存进:100
1502542308917取出：100
账号余额：0
账号余额：0
1502542309917存进:100
账号余额：0
1502542309917取出：100
账号余额：0

두 스레드가 동시에 비동기화된 메서드에 액세스하므로 스레드가 아닌 안전 문제가 발생합니다. 동시에 개체의 인스턴스 변수는 스레드가 아닌 안전 문제를 일으킬 수 있습니다.

해결책: public void run() 앞에 동기화 키워드를 추가하기만 하면 됩니다.

3. 동기화 방법

동기화 키워드 수정 방법

그건 동기화 키워드로 수정된 메소드가 있습니다. Java의 모든 객체에는 내장 잠금이 있으므로 이 키워드로 메서드를 수정하면 내장 잠금이 전체 메서드를 보호합니다. 이 메서드를 호출하기 전에 내장 잠금을 얻어야 합니다. 그렇지 않으면 차단됩니다.

코드:

public synchronized void save(){}

참고: 동기화된 키워드는 정적 메서드도 수정할 수 있습니다. 이때 정적 메서드가 호출되면 전체 클래스가 잠깁니다.

public class Bank {
private int count =0;//账户余额
//存钱
public  synchronized void addMoney(int money){
count +=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
public  synchronized void subMoney(int money){
if(count-money < 0){
    System.out.println("余额不足");
    return;
}
count -=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
public void lookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}

실행 결과:

余额不足
账号余额：0
1502543814934存进:100
账号余额：100
1502543815934存进:100
账号余额：200
1502543815934取出：100
账号余额：100

스레드 동기화는 이런 방식으로 이루어집니다

동기화된 코드 블록#🎜🎜 #

즉, 동기화된 키워드로 수정된 명령문 블록입니다.

이 키워드로 수정된 명령문 블록은 동기화를 달성하기 위해 기본 제공 잠금과 함께 자동으로 추가됩니다.

코드:

synchronized(object){ 
}

Note : 동기화 오버헤드가 높은 작업이므로 동기화 내용을 최소화해야 합니다.

일반적으로 전체 메소드를 동기화할 필요는 없으며, 동기화된 코드 블록을 사용하여 키 코드를 동기화하면 됩니다.

public class Bank {
private int count =0;//账户余额
//存钱
public  void addMoney(int money){
synchronized (this) {
    count +=money;
}
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
public   void subMoney(int money){
synchronized (this) {
    if(count-money < 0){
        System.out.println("余额不足");
        return;
    }
    count -=money;
}
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
public void lookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}

실행 결과는 다음과 같습니다.

余额不足
账户余额：0
余额不足
账户余额：100
1502544966411存进：100
账户余额：100
1502544967411存进：100
账户余额：100
1502544967411取出：100
账户余额：100
1502544968422取出：100

이것도 스레드 동기화를 달성하며, 메서드 동기화보다 작업 효율성이 높으므로 비용이 많이 드는 작업입니다. 동기화된 콘텐츠는 최소화되어야 합니다. 일반적으로 전체 메소드를 동기화할 필요는 없으며, 동기화된 코드 블록을 사용하여 키 코드를 동기화하면 됩니다.

스레드 동기화를 달성하기 위해 특수 도메인 변수(휘발성) 사용

a.휘발성 키워드는 멤버 변수에 액세스하는 자유로운 방법을 제공합니다. 잠금 메커니즘;

b. 휘발성을 사용하여 멤버 변수를 수정하는 것은 해당 필드가 다른 스레드에 의해 업데이트될 수 있음을 가상 머신에 알리는 것과 같습니다.

c. 레지스터의 값을 사용하는 대신 재계산하기 위해

d.휘발성은 원자 연산을 제공하지 않으며 최종 유형 변수를 수정하는 데 사용할 수도 없습니다.

Bank.java 코드는 다음과 같습니다.

package com.thread.demo;
/**
* Created by HJS on 2017/8/12.
*/
public class Bank {
private volatile int count =0;//账户余额
//存钱
public  void addMoney(int money){
synchronized (this) {
    count +=money;
}
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
public   void subMoney(int money){
synchronized (this) {
    if(count-money < 0){
        System.out.println("余额不足");
        return;
    }
    count -=money;
}
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
public void lookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}

실행 결과:

余额不足
账户余额：0
余额不足
账户余额：100
1502546287474存进：100
账户余额：100
1502546288474存进：100
1502546288474取出：100
账户余额：100

이때, 순서가 또 엉망이 되어버렸음을 나타냅니다. 또 다른 동기화 문제가 있습니다. 휘발성은 원자적 작업을 보장할 수 없기 때문에 동기화된 것을 대체할 수 없습니다. 게다가 휘발성은 컴파일러가 코드를 최적화하는 것을 방해하므로 사용할 수 없다면 적용하지 마세요. 그 원칙은 스레드가 휘발성 수정 변수에 액세스하려고 할 때마다 캐시에서 읽는 대신 메모리에서 읽으므로 각 스레드에서 액세스하는 변수 값이 동일하다는 것입니다. 이렇게 하면 동기화가 보장됩니다.

재진입 잠금을 사용하여 스레드 동기화 달성

동기화를 지원하기 위해 새로운 java.util.concurrent 패키지가 JavaSE5.0에 추가되었습니다. ReentrantLock 클래스는 Lock 인터페이스를 구현하는 재진입 상호 배타적 잠금입니다. 이 잠금은 동기화된 메서드 및 블록을 사용하는 것과 동일한 기본 동작 및 의미를 가지며 해당 기능을 확장합니다.

ReenreantLock 클래스의 일반적으로 사용되는 메서드는 다음과 같습니다.

ReentrantLock(): ReentrantLock 인스턴스 만들기

lock(): 잠금 획득 #🎜 🎜## 🎜🎜#unlock(): 잠금 해제

참고: ReentrantLock()에도 공정한 잠금을 생성할 수 있는 생성 방법이 있지만 효율성이 크게 떨어질 수 있으므로 권장하지 않습니다. 프로그램의.

Bank.java 코드는 다음과 같이 수정됩니다.

public class Bank {
private  int count = 0;// 账户余额
//需要声明这个锁
private Lock lock = new ReentrantLock();
// 存钱
public void addMoney(int money) {
lock.lock();//上锁
try{
    count += money;
    System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);
}finally{
    lock.unlock();//解锁
}
}
// 取钱
public void subMoney(int money) {
lock.lock();
try{
    if (count - money < 0) {
        System.out.println("余额不足");
        return;
    }
    count -= money;
    System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
}finally{
    lock.unlock();
}
}
// 查询
public void lookMoney() {
System.out.println("账户余额：" + count);
}
}

실행 결과:

余额不足
账户余额：0
1502547439892存进：100
账户余额：100
1502547440892存进：100
账户余额：200
1502547440892取出：100
账户余额：100

참고: 잠금 개체 및 동기화 키워드 선택에 관해: #🎜 🎜#

a 둘 중 어느 것도 사용하지 않는 것이 가장 좋으며, 사용자가 모든 잠금 관련 코드를 처리할 수 있도록 java.util.concurrent 패키지에서 제공하는 메커니즘을 사용하는 것이 좋습니다.

b.如果synchronized关键字能满足用户的需求，就用synchronized，因为它能简化代码。

c.如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁 。

使用局部变量实现线程同步

代码如下：

public class Bank {
private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){
@Override
protected Integer initialValue() {
    // TODO Auto-generated method stub
    return 0;
}
};
// 存钱
public void addMoney(int money) {
count.set(count.get()+money);
System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);
}
// 取钱
public void subMoney(int money) {
if (count.get() - money < 0) {
    System.out.println("余额不足");
    return;
}
count.set(count.get()- money);
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
}
// 查询
public void lookMoney() {
System.out.println("账户余额：" + count.get());
}
}

运行结果如下：

复制代码
余额不足
账户余额：0
余额不足
1502547748383存进：100
账户余额：100
账户余额：0
余额不足
账户余额：0
1502547749383存进：100
账户余额：200

看了运行效果，一开始一头雾水，怎么只让存，不让取啊？看看ThreadLocal的原理：

如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。现在明白了吧，原来每个线程运行的都是一个副本，也就是说存钱和取钱是两个账户，知识名字相同而已。所以就会发生上面的效果。

ThreadLocal 类的常用方法

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

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"的方式。

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