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为何要实现同步
java允许多线程并发控制,当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时(如数据的增删改查),将会导致数据不准确,相互之间产生冲突,因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前,被其他线程的调用,从而保证了该变量的唯一性和准确性。
一、实例
举个例子,如果一个银行账户同时被两个线程操作,一个取100块,一个存钱100块。假设账户原本有0块,如果取钱线程和存钱线程同时发生,会出现什么结果呢?取钱不成功,账户余额是100。取钱成功了,账户余额是0。但哪个余额对应哪个呢?很难说清楚,因此多线程的同步问题就应运而生。
二、不使用同步的情况
举个例子,如果一个银行账户同时被两个线程操作,一个取100块,一个存钱100块。假设账户原本有0块,如果取钱线程和存钱线程同时发生,会出现什么结果呢?取钱不成功,账户余额是100.取钱成功了,账户余额是0。但哪个余额对应哪个呢?很难说清楚,因此多线程的同步问题就应运而生。
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(); } }
运行结果:
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
此时出现了非线程安全问题,因为两个线程同时访问一个没有同步的方法,如果这两个线程同时操作业务对象中的实例变量,就有可能出现非线程安全问题。
解决方案:只需要在public void run()前面加synchronized关键词即可。
三、同步方法
synchronized关键字修饰方法
即有synchronized关键字修饰的方法。由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此关键字修饰方法时,内置锁会保护整个方法。在调用该方法前,需要获得内置锁,否则就处于阻塞状态。
代码如:
public synchronized void save(){}
注: synchronized关键字也可以修饰静态方法,此时如果调用该静态方法,将会锁住整个类。
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); } }
运行结果:
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
这样就实现了线程同步
同步代码块
即有synchronized关键字修饰的语句块。
被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁,从而实现同步
代码如:
synchronized(object){ }
注:同步是一种高开销的操作,因此应该尽量减少同步的内容。
通常没有必要同步整个方法,使用synchronized代码块同步关键代码即可。
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); } }
运行结果如下:
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
这样也实现了线程同步,运行效率上来说也比方法同步效率高,同步是一种高开销的操作,因此应该尽量减少同步的内容。通常没有必要同步整个方法,使用synchronized代码块同步关键代码即可。
使用特殊域变量(volatile)实现线程同步
a.volatile关键字为成员变量变量的访问提供了一种免锁机制;
b.使用volatile修饰成员变量相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新;
c.因此每次使用该成员变量就要重新计算,而不是使用寄存器中的值;
d.volatile不会提供任何原子操作,它也不能用来修饰final类型的变量。
Bank.java代码如下:
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); } }
运行结果:
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
此时,顺序又乱了,说明同步又出现了问题,因为volatile不能保证原子操作导致的,因此volatile不能代替synchronized。此外volatile会组织编译器对代码优化,因此能不使用它就不适用它吧。它的原理是每次要线程要访问volatile修饰的变量时都是从内存中读取,而不是存缓存当中读取,因此每个线程访问到的变量值都是一样的。这样就保证了同步。
使用重入锁实现线程同步
在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁, 它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义,并且扩展了其能力。
ReenreantLock类的常用方法有:
ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例
lock() : 获得锁
unlock() : 释放锁
注:ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法,但由于能大幅度降低程序运行效率,不推荐使用。
Bank.java代码修改如下:
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); } }
运行结果:
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
注:关于Lock对象和synchronized关键字的选择:
a.最好两个都不用,使用一种java.util.concurrent包提供的机制,能够帮助用户处理所有与锁相关的代码。
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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