Java多執行緒同步幾種的方法介紹

這篇文章主要介紹了java 多線程的同步幾種方法的相關資料,這裡提供5種方法，需要的朋友可以參考下

java 多線程的同步幾種方法

一、引言

前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎知識必須要重新拿起來啊。閒話不多說，進入正題。

二、為什麼要執行緒同步

因為當我們有多個執行緒要同時存取一個變數或物件時，如果這些執行緒中既有讀又有寫入操作時，就會導致變數值或物件的狀態出現混亂，進而導致程式異常。舉個例子，如果一個銀行帳戶同時被兩個執行緒操作，一個取100塊，一個存錢100塊。假設帳戶原本有0塊，如果取錢線程和存錢線程同時發生，會出現什麼結果呢？取錢不成功，帳戶餘額是100.取錢成功了，帳戶餘額是0.那到底是哪個呢？很難說清楚。因此多執行緒同步就是要解決這個問題。

三、不同步時的程式碼

Bank.java

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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); 
  } 
}

SyncThreadTest.java

package threadTest; 
/**
 * Java学习交流QQ群：589809992 我们一起学Java！
 */
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(); 
  } 

}

程式碼很簡單，我就不解釋了，看看運行結果怎麼樣？截取了其中的一部分，是不是很亂，有寫看不懂。

余额不足 
账户余额：0 

余额不足 
账户余额：100 

1441790503354存进：100 
账户余额：100 

1441790504354存进：100 
账户余额：100 

1441790504354取出：100 
账户余额：100 

1441790505355存进：100 
账户余额：100 

1441790505355取出：100 
账户余额：100

四、使用同步時的程式碼

（1）同步方法：

即有synchronized關鍵字修飾的方法。 由於java的每個物件都有內建鎖，當用此關鍵字修飾方法時，內建鎖定會保護整個方法。在呼叫方法前，需要取得內建鎖，否則就處於阻塞狀態。
修改後的Bank.java

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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); 
  } 
}

再看看運行結果：

余额不足 
账户余额：0 

余额不足 
账户余额：0 

1441790837380存进：100 
账户余额：100 

1441790838380取出：100 
账户余额：0 
1441790838380存进：100 
账户余额：100 

1441790839381取出：100 
账户余额：0

瞬間感覺可以理解了吧。

附註：synchronized關鍵字也可以修飾靜態方法，此時如果呼叫該靜態方法，將會鎖住整個類別

（2）同步程式碼區塊

即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。被該關鍵字修飾的語句區塊會自動被加上內建鎖定，從而實現同步
Bank.java程式碼如下：

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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); 
  } 
}

運行結果如下：

余额不足 
账户余额：0 

1441791806699存进：100 
账户余额：100 

1441791806700取出：100 
账户余额：0 

1441791807699存进：100 
账户余额：100

效果和方法一差不多。

註：同步是一種高開銷的操作，因此應該盡量減少同步的內容。通常沒有必要同步整個方法，使用synchronized程式碼區塊同步關鍵程式碼即可。

（3）使用特殊域變數(Volatile)實現線程同步

a.volatile關鍵字為域變數的存取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類型的變數

Bank.java程式碼如下：

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
public class Bank { 

  private volatile 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); 
  } 
}

運作效果怎麼樣呢？

余额不足 
账户余额：0 

余额不足 
账户余额：100 

1441792010959存进：100 
账户余额：100 

1441792011960取出：100 
账户余额：0 

1441792011961存进：100 
账户余额：100

是不是又看不懂了，又亂了。這是為什麼呢？就是因為volatile不能保證原子操作導致的，因此volatile不能代替synchronized。另外volatile會組織編譯器對程式碼最佳化，因此能不使用它就不適用它吧。它的原理是每次要執行緒要存取volatile修飾的變數時都是從記憶體中讀取，而不是儲存快取當中讀取，因此每個執行緒存取到的變數值都是一樣的。這樣就保證同步了。

（4）使用重入鎖定實作執行緒同步

在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent套件來支援同步。 ReentrantLock類別是可重入、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，並且擴展了其能力。 ReenreantLock類別的常用方法有：ReentrantLock() : 建立一個ReentrantLock實例lock() : 取得鎖unlock() : 釋放鎖定：ReentrantLock()還有一個可以創造公平鎖的建構方法，但由於能大幅降低程式運行效率，不建議使用Bank.java程式碼修改如下：

package threadTest; 

import java.util.concurrent.locks.Lock; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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); 
  } 
}

運行效果怎麼樣呢？

余额不足 
账户余额：0 

余额不足 
账户余额：0 

1441792891934存进：100 
账户余额：100 

1441792892935存进：100 
账户余额：200 

1441792892954取出：100 
账户余额：100

效果和前兩種方法差不多。

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 。如果需要更進階的功能，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）使用局部變數實現執行緒同步

Bank.java程式碼如下：

package threadTest; 

/** 
 * @author ww 
 * 
 */ 
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()); 
  } 
}

運行效果：

余额不足 
账户余额：0 

余额不足 
账户余额：0 

1441794247939存进：100 
账户余额：100 

余额不足 
1441794248940存进：100 
账户余额：0 

账户余额：200 

余额不足 
账户余额：0 

1441794249941存进：100 
账户余额：300

看了運行效果，一開始一頭霧水，怎麼只讓存，不讓取？看看ThreadLocal 的原理：

#

如果使用ThreadLocal管理變量，則每一個使用該變量的線程都獲得該變量的副本，副本之間相互獨立，這樣每一個線程都可以隨意修改自己的變量副本，而不會對其他線程產生影響。現在明白了吧，原來每個執行緒運行的都是一個副本，也就是說存錢和拿錢是兩個帳戶，知識名字相同而已。所以就會發生上面的效果。

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存取衝突問題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

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