【java】為何要使用同步？關於線程同步(7種方式)
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- 2018-08-06 11:58:184333瀏覽
為何要使用同步？
java允許多執行緒並發控制，當多個執行緒同時操作一個可共享的資源變數（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，因此加入同步鎖定以避免在該線程沒有完成操作之前，被其他線程的調用，
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的每個物件都有內建鎖定，當使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。
程式碼如：
public synchronized void save(){}
## public synchronized void save(){}
## 註： synchronized關鍵字也可以修飾靜態方法，此時若呼叫此靜態方法，將會鎖定整個靜態方法類別
2.同步程式碼區塊
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
synchronized(object){
}注：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。 程式碼實例：
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.使用特殊領域變數(volatile)實作執行緒同步
## a.volatile關鍵字為網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網域可能會被其他執行緒更新，
c.因此每次使用該網域就要重新計算，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
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
例如：
在上面的例子前面加上上volatile修飾，即可實現執行緒同步。
//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;
}
｝附註：多執行緒中的非同步問題主要出現在對域的讀寫上，如果讓域本身避免這個問題，則不需要修改操作該域的方法。
用final域，有鎖定保護的域和volatile域可以避免非同步的問題。
在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent套件來支援同步。
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
Lock類別的常用方法有：
ReentrantLock() : 建立一個ReentrantLock實例
lock() 21一個可以創造公平鎖定的建構方法，但由於能大幅降低程式運作效率，不建議使用
例如：
在範例的基礎上，而改寫後的程式碼為:
//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();
}
}
｝ 註：關於Lock物件和synchronized關鍵字的選擇： 能夠協助使用者處理與鎖定相關的所有程式碼。
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定會出現死鎖，通常在finally程式碼釋放鎖定
5.使用局部變數實現執行緒同步 如果使用ThreadLocal管理變數，則每個使用該變數的執行緒都獲得此變數的副本，
副本之間相互獨立，以便每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() : 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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