JAVA中线程同步的方法（7种）汇总

同步的方法：

一、同步方法

　　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。

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。

二、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。

    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();
        }
 
    }

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示例加讲解

同步是多线程中的重要概念。同步的使用可以保证在多线程运行的环境中，程序不会产生设计之外的错误结果。同步的实现方式有两种，同步方法和同步块，这两种方式都要用到synchronized关键字。同步相关的参见《Synchronized之一：基本使用》

同步方法:给一个方法增加synchronized修饰符之后就可以使它成为同步方法，这个方法可以是静态方法和非静态方法，但是不能是抽象类的抽象方法，也不能是接口中的接口方法。下面代码是一个同步方法的示例：

public synchronized void aMethod() { 
    // do something 
} 

public static synchronized void anotherMethod() { 
    // do something 
}

线程在执行同步方法时是具有排它性的。当任意一个线程进入到一个对象的任意一个同步方法时，这个对象的所有同步方法都被锁定了，在此期间，其他任何线程都不能访问这个对象的任意一个同步方法，直到这个线程执行完它所调用的同步方法并从中退出，从而导致它释放了该对象的同步锁之后。在一个对象被某个线程锁定之后，其他线程是可以访问这个对象的所有非同步方法的。

同步块：同步块是通过锁定一个指定的对象，来对同步块中包含的代码进行同步；而同步方法是对这个方法块里的代码进行同步，而这种情况下锁定的对象就是同步方法所属的主体对象自身。如果这个方法是静态同步方法呢？那么线程锁定的就不是这个类的对象了，也不是这个类自身，而是这个类对应的java.lang.Class类型的对象。同步方法和同步块之间的相互制约只限于同一个对象之间，所以静态同步方法只受它所属类的其它静态同步方法的制约，而跟这个类的实例（对象）没有关系。

如果一个对象既有同步方法，又有同步块，那么当其中任意一个同步方法或者同步块被某个线程执行时，这个对象就被锁定了，其他线程无法在此时访问这个对象的同步方法，也不能执行同步块。

synchronized 关键字用于保护共享数据。请大家注意“共享数据”，你一定要分清哪些数据是共享数据，请看下面的例子：

public class ThreadTest implements Runnable{

public synchronized void run(){
　　for(int i=0;i<10;i++) {
　　　　System.out.print(" " + i);
　　}
}

public static void main(String[] args) {
　　Runnable r1 = new ThreadTest(); //也可写成ThreadTest r1 = new ThreadTest();
　　Runnable r2 = new ThreadTest();
　　Thread t1 = new Thread(r1);
　　Thread t2 = new Thread(r2);
　　t1.start();
　　t2.start();
}}

在这个程序中，run()虽然被加上了synchronized 关键字，但保护的不是共享数据。因为这个程序中的t1,t2 是两个对象（r1,r2）的线程。而不同的对象的数据是不同的，r1,r2 有各自的run()方法，所以输出结果无法预知。

synchronized的目的是使同一个对象的多个线程，在某个时刻只有其中的一个线程可以访问这个对象的synchronized 数据。每个对象都有一个“锁标志”，当这个对象的一个线程访问这个对象的某个synchronized 数据时，这个对象的所有被synchronized 修饰的数据将被上锁（因为“锁标志”被当前线程拿走了），只有当前线程访问完它要访问的synchronized 数据时，当前线程才会释放“锁标志”，这样同一个对象的其它线程才有机会访问synchronized 数据。

示例3：

public class ThreadTest implements Runnable{

public synchronized void run(){
　　for(int i=0;i<10;i++){
　　　　System.out.print(" " + i);
　　}
}

public static void main(String[] args){
　　Runnable r = new ThreadTest();
　　Thread t1 = new Thread(r);
　　Thread t2 = new Thread(r);
　　t1.start();
　　t2.start();
}}

如果你运行1000 次这个程序，它的输出结果也一定每次都是：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9。因为这里的synchronized 保护的是共享数据。t1,t2 是同一个对象（r）的两个线程，当其中的一个线程（例如：t1）开始执行run()方法时，由于run()受synchronized保护，所以同一个对象的其他线程（t2）无法访问synchronized 方法（run 方法）。只有当t1执行完后t2 才有机会执行。

示例4：

public class ThreadTest implements Runnable{

public void run(){

    synchronized(this){
    for(int i=0;i<10;i++){
        System.out.print(" " + i);
    }
} 
}

public static void main(String[] args){
    Runnable r = new ThreadTest();
    Thread t1 = new Thread(r);
    Thread t2 = new Thread(r);
    t1.start();
    t2.start();
}
}

这个程序与示例3 的运行结果一样。在可能的情况下，应该把保护范围缩到最小，可以用示例4 的形式，this 代表“这个对象”。没有必要把整个run()保护起来，run()中的代码只有一个for循环，所以只要保护for 循环就可以了。

示例5：

public class ThreadTest implements Runnable{

public void run(){
　　for(int k=0;k<5;k++){
　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : for loop : " + k);
　　}

synchronized(this){
　　for(int k=0;k<5;k++) {
　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " : synchronized for loop : " + k);
　　}} }

public static void main(String[] args){
　　Runnable r = new ThreadTest();
　　Thread t1 = new Thread(r,"t1_name");
　　Thread t2 = new Thread(r,"t2_name");
　　t1.start();
　　t2.start();
} }

运行结果：

t1_name : for loop : 0

t1_name : for loop : 1

t1_name : for loop : 2

t2_name : for loop : 0

t1_name : for loop : 3

t2_name : for loop : 1

t1_name : for loop : 4

t2_name : for loop : 2

t1_name : synchronized for loop : 0

t2_name : for loop : 3

t1_name : synchronized for loop : 1

t2_name : for loop : 4

t1_name : synchronized for loop : 2

t1_name : synchronized for loop : 3

t1_name : synchronized for loop : 4

t2_name : synchronized for loop : 0

t2_name : synchronized for loop : 1

t2_name : synchronized for loop : 2

t2_name : synchronized for loop : 3

t2_name : synchronized for loop : 4

第一个for 循环没有受synchronized 保护。对于第一个for 循环，t1,t2 可以同时访问。运行结果表明t1 执行到了k=2 时，t2 开始执行了。t1 首先执行完了第一个for 循环，此时t2还没有执行完第一个for 循环（t2 刚执行到k=2）。t1 开始执行第二个for 循环，当t1的第二个for 循环执行到k=1 时，t2 的第一个for 循环执行完了。t2 想开始执行第二个for 循环，但由于t1 首先执行了第二个for 循环，这个对象的锁标志自然在t1 手中（synchronized 方法的执行权也就落到了t1 手中），在t1 没执行完第二个for 循环的时候，它是不会释放锁标志的。所以t2 必须等到t1 执行完第二个for 循环后，它才可以执行第二个for 循环。

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三、wait与notify

wait():使一个线程处于等待状态，并且释放所持有的对象的lock。

sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。
notify():唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且不是按优先级。
notifyAll():唤醒所有处入等待状态的线程，注意并不是给所有唤醒线程一个对象的锁，而是让它们竞争。

详细见：wait、notify、notifyAll的使用方法

四、使用特殊域变量(volatile)实现线程同步

见《Java并发编程之三：volatile关键字解析转载》

下面使用volatile示例场景是错误的：

package com.dxz.volatiledemo;

//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;
    }
}

package com.dxz.volatiledemo;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class MyThread implements Runnable {
    Bank bank;
    CountDownLatch cdl;
    MyThread(Bank bank, CountDownLatch cdl) {
        this.bank = bank;
        this.cdl = cdl;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int i = 1; i < 101; i++) {
            bank.save(i);
        }
        cdl.countDown();
    }
}

package com.dxz.volatiledemo;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int num = 70;
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(num);
        Bank bank = new Bank();
        CountDownLatch cdl = new CountDownLatch(num);
        for(int i = 0; i<num;i++) {
            MyThread mt = new MyThread(bank, cdl);
            es.submit(mt);
            //TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        }
        cdl.await();
        es.shutdown();
        System.out.println(bank.getAccount());
        
    }
}

每个线程间隔一秒时，计算结果是：353600，如果去掉线程间隔让线程竞争起来，结果很多时候不一致。验证了volatile变量的以下特性：

可见性。对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。
原子性：对任意单个volatile变量的读/写具有原子性，但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。

五、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

例如：

在上面例子的基础上，改写后的代码为:

       //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();
                }
                
            }
        ｝

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

六、使用局部变量实现线程同步

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。

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

例如：

在上面例子基础上，修改后的代码为：

        //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"的方式

七、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<E>来实现线程的同步 LinkedBlockingQueue<E>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

注：BlockingQueue<E>定义了阻塞队列的常用方法，尤其是四种操作元素的方法，我们要多加注意，当队列满或空时：

　　add()方法会抛出异常

　　offer()方法返回false

　　take()方法会阻塞

　　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

AtomicIntegeraddAddGet(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

class Bank {
    private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
    public AtomicInteger getAccount() {
        return account; 
    } 
    public void save(int money) {
        account.addAndGet(money);
    }
}

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。

posted on 2014-05-05 16:51 duanxz 阅读(50209) 评论(3) 编辑收藏举报