爲何要使用同步?
java允許多線程併發控制,當多個線程同時操作一個可共享的資源變量時(如數據的增刪改查),
將會導致數據不準確,相互之間產生衝突,因此加入同步鎖以避免在該線程沒有完成操作之前,被其他線程的調用,
從而保證了該變量的唯一性和準確性。
底層實現的線程同步的方法:
1.同步方法
即有synchronized關鍵字修飾的方法。
由於java的每個對象都有一個內置鎖,當用此關鍵字修飾方法時,
內置鎖會保護整個方法。在調用該方法前,需要獲得內置鎖,否則就處於阻塞狀態。
代碼如:
public synchronized void save(){}
注: synchronized關鍵字也可以修飾靜態方法,此時如果調用該靜態方法,將會鎖住整個類
2.同步代碼塊
即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。
被該關鍵字修飾的語句塊會自動被加上內置鎖,從而實現同步
代碼如:
synchronized(object){
}
注:同步是一種高開銷的操作,因此應該儘量減少同步的內容。
通常沒有必要同步整個方法,使用synchronized代碼塊同步關鍵代碼即可。
代碼實例:
package com.xhj.thread; /** * 線程同步的運用 */ public class SynchronizedThread { class Bank { private int account = 100; public int getAccount() { return account; } /** * 用同步方法實現 * * @param money */ public synchronized void save(int money) { account += money; } /** * 用同步代碼塊實現 * * @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 + "賬戶餘額爲:" + bank.getAccount()); } } } /** * 建立線程,調用內部類 */ public void useThread() { Bank bank = new Bank(); NewThread new_thread = new NewThread(bank); System.out.println("線程1"); Thread thread1 = new Thread(new_thread); thread1.start(); System.out.println("線程2"); Thread thread2 = new Thread(new_thread); thread2.start(); } public static void main(String[] args) { SynchronizedThread st = new SynchronizedThread(); st.useThread(); } } 3.使用特殊域變量(volatile)實現線程同步
a.volatile關鍵字爲域變量的訪問提供了一種免鎖機制,
b.使用volatile修飾域相當於告訴虛擬機該域可能會被其他線程更新,
c.因此每次使用該域就要重新計算,而不是使用寄存器中的值
d.volatile不會提供任何原子操作,它也不能用來修飾final類型的變量
例如:
在上面的例子當中,只需在account前面加上volatile修飾,即可實現線程同步。
代碼實例:
//只給出要修改的代碼,其餘代碼與上同 class Bank { //需要同步的變量加上volatile private volatile int account = 100; public int getAccount() { return account; } //這裏不再需要synchronized public void save(int money) { account += money; } } 注:多線程中的非同步問題主要出現在對域的讀寫上,如果讓域自身避免這個問題,則就不需要修改操作該域的方法。 用final域,有鎖保護的域和volatile域可以避免非同步的問題。 4.使用重入鎖實現線程同步
在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支持同步。
ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了Lock接口的鎖,
它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行爲和語義,並且擴展了其能力
ReenreantLock類的常用方法有:
ReentrantLock() : 創建一個ReentrantLock實例
lock() : 獲得鎖
unlock() : 釋放鎖
注:ReentrantLock()還有一個可以創建公平鎖的構造方法,但由於能大幅度降低程序運行效率,不推薦使用
例如:
在上面例子的基礎上,改寫後的代碼爲:
代碼實例:
//只給出要修改的代碼,其餘代碼與上同 class Bank { private int account = 100; //需要聲明這個鎖 private Lock lock = new ReentrantLock(); public int getAccount() { return account; } //這裏不再需要synchronized public void save(int money) { lock.lock(); try{ account += money; }finally{ lock.unlock(); } } } 注:關於Lock對象和synchronized關鍵字的選擇: a.最好兩個都不用,使用一種java.util.concurrent包提供的機制, 能夠幫助用戶處理所有與鎖相關的代碼。 b.如果synchronized關鍵字能滿足用戶的需求,就用synchronized,因爲它能簡化代碼 c.如果需要更高級的功能,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代碼釋放鎖 5.使用局部變量實現線程同步 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。
ThreadLocal 類的常用方法
ThreadLocal() : 創建一個線程本地變量
get() : 返回此線程局部變量的當前線程副本中的值
initialValue() : 返回此線程局部變量的當前線程的"初始值"
set(T value) : 將此線程局部變量的當前線程副本中的值設置爲value
例如:
在上面例子基礎上,修改後的代碼爲:
代碼實例:
//只改Bank類,其餘代碼與上同 public class Bank{ //使用ThreadLocal類管理共享變量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與同步機制
a.ThreadLocal與同步機制都是爲了解決多線程中相同變量的訪問衝突問題。
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
前面5種同步方式都是在底層實現的線程同步,但是我們在實際開發當中,應當儘量遠離底層結構。
6.使用阻塞隊列實現線程同步
在javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包將有助於簡化開發。
本小節主要是使用LinkedBlockingQueue<E>來實現線程的同步
LinkedBlockingQueue<E>是一個基於已連接節點的,範圍任意的blocking queue。
LinkedBlockingQueue 類常用方法
LinkedBlockingQueue() : 創建一個容量爲Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue
put(E e) : 在隊尾添加一個元素,如果隊列滿則阻塞
size() : 返回隊列中的元素個數
take() : 移除並返回隊頭元素,如果隊列空則阻塞
代碼實例:
實現商家生產商品和買賣商品的同步
package com.xhj.thread;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
/**
* 用阻塞隊列實現線程同步 LinkedBlockingQueue的使用
*
* @author XIEHEJUN
*
*/
public class BlockingSynchronizedThread {
/**
* 定義一個阻塞隊列用來存儲生產出來的商品
*/
private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();
/**
* 定義生產商品個數
*/
private static final int size = 10;
/**
* 定義啓動線程的標誌,爲0時,啓動生產商品的線程;爲1時,啓動消費商品的線程
*/
private int flag = 0;
private class LinkBlockThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
int new_flag = flag++;
System.out.println("啓動線程 " + new_flag);
if (new_flag == 0) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
int b = new Random().nextInt(255);
System.out.println("生產商品:" + b + "號");
try {
queue.put(b);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("倉庫中還有商品:" + queue.size() + "個");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} else {
for (int i = 0; i < size / 2; i++) {
try {
int n = queue.take();
System.out.println("消費者買去了" + n + "號商品");
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("倉庫中還有商品:" + queue.size() + "個");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
BlockingSynchronizedThread bst = new BlockingSynchronizedThread();
LinkBlockThread lbt = bst.new LinkBlockThread();
Thread thread1 = new Thread(lbt);
Thread thread2 = new Thread(lbt);
thread1.start();
thread2.start();
}
}
注:BlockingQueue<E>定義了阻塞隊列的常用方法,尤其是三種添加元素的方法,我們要多加註意,當隊列滿時:
add()方法會拋出異常
offer()方法返回false
put()方法會阻塞
7.使用原子變量實現線程同步
需要使用線程同步的根本原因在於對普通變量的操作不是原子的。
那麼什麼是原子操作呢?
原子操作就是指將讀取變量值、修改變量值、保存變量值看成一個整體來操作
即-這幾種行爲要麼同時完成,要麼都不完成。
在java的util.concurrent.atomic包中提供了創建了原子類型變量的工具類,
使用該類可以簡化線程同步。
其中AtomicInteger 表可以用原子方式更新int的值,可用在應用程序中(如以原子方式增加的計數器),
但不能用於替換Integer;可擴展Number,允許那些處理機遇數字類的工具和實用工具進行統一訪問。
AtomicInteger類常用方法:
AtomicInteger(int initialValue) : 創建具有給定初始值的新的AtomicInteger
addAddGet(int dalta) : 以原子方式將給定值與當前值相加
get() : 獲取當前值
代碼實例:
只改Bank類,其餘代碼與上面第一個例子同
class Bank {
private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
public AtomicInteger getAccount() {
return account;
}
public void save(int money) {
account.addAndGet(money);
}
}
補充--原子操作主要有:
對於引用變量和大多數原始變量(long和double除外)的讀寫操作;
對於所有使用volatile修飾的變量(包括long和double)的讀寫操作。