Java多线程同步教程－－BusyFlag或Lock (上)

  Java语言内置了synchronized关键字用于对多线程进行同步，大大方便了Java中多线程程序的编写。


但是仅仅使用 synchronized关键字还不能满足对多线程进行同步的所有需要。大家知道，synchronized仅仅能够对方法或者代码块进行同步，如果我们一个应用需要跨越多个方法进行同步，synchroinzed就不能胜任了。在C++中有很多同步机制，比如信号量、互斥体、临届区等。在Java中也可以在synchronized语言特性的基础上，在更高层次构建这样的同步工具，以方便我们的使用。
    当前，广为使用的是由Doug Lea编写的一个Java中同步的工具包，可以在这儿了解更多这个包的详细情况：
    http://gee.cs.oswego.edu/dl/classes/EDU/oswego/cs/dl/util/concurrent/intro.html
     该工具包已经作为JSR166正处于JCP的控制下，即将作为JDK1.5的正式组成部分。本文并不打算详细剖析这个工具包，而是对多种同步机制的一个介绍，同时给出这类同步机制的实例实现，这并不是工业级的实现。但其中会参考Doug Lea的这个同步包中的工业级实现的一些代码片断。
    本例中还沿用上篇中的Account类，不过我们这儿编写一个新的ATM类来模拟自动提款机，通过一个ATMTester的类，生成10个ATM线程，同时对John账户进行查询、提款和存款操作。Account类做了一些改动，以便适应本篇的需要：

1. mport java.util.HashMap;
2. import java.util.Map;
3. class Account {
4.     String name;
5.     //float amount;
6.     
7.     //使用一个Map模拟持久存储
8.     static Map storage = new HashMap();
9.     static {
10.         storage.put("John", new Float(1000.0f));
11.         storage.put("Mike", new Float(800.0f));
12.     }    
13.     
14.     
15.     public Account(String name) {
16.         //System.out.println("new account:" + name);
17.         this.name = name;
18.         //this.amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
19.     }
20.     public synchronized void deposit(float amt) {
21.         float amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
22.         storage.put(name, new Float(amount + amt));
23.     }
24.     public synchronized void withdraw(float amt) throws InsufficientBalanceException {
25.         float amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
26.         if (amount >= amt)
27.             amount -= amt;
28.         else 
29.             throw new InsufficientBalanceException();
30.                 
31.         storage.put(name, new Float(amount));
32.     }
33.     public float getBalance() {
34.         float amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
35.         return amount;
36.     }
37. }

在新的Account类中，我们采用一个HashMap来存储账户信息。Account由ATM类通过login登录后使用：

1. public class ATM {
2.     Account acc;
3.     
4.     //作为演示，省略了密码验证
5.     public boolean login(String name) {
6.         if (acc != null)
7.             throw new IllegalArgumentException("Already logged in!");
8.         acc = new Account(name);
9.         return true;
10.     }
11.     
12.     public void deposit(float amt) {
13.         acc.deposit(amt);
14.     }
15.     
16.     public void withdraw(float amt) throws InsufficientBalanceException  {
17.             acc.withdraw(amt);
18.     }
19.     
20.     public float getBalance() {
21.         return acc.getBalance();
22.     }
23.     
24.     public void logout () {
25.         acc = null;
26.     }
27.     
28. }

下面是ATMTester，在ATMTester中首先生成了10个ATM实例，然后启动10个线程，同时登录John的账户，先查询余额，然后，再提取余额的80％，然后再存入等额的款（以维持最终的余额的不变）。按照我们的预想，应该不会发生金额不足的问题。首先看代码：

1. public class ATMTester {
2.     private static final int NUM_OF_ATM = 10;
3.     public static void main(String[] args) {
4.         ATMTester tester = new ATMTester();
5.         
6.         final Thread thread[] = new Thread[NUM_OF_ATM];
7.         final ATM atm[] = new ATM[NUM_OF_ATM];
8.         for (int i=0; i<NUM_OF_ATM; i++) {
9.             atm[i] = new ATM();
10.             thread[i] = new Thread(tester.new Runner(atm[i]));
11.             thread[i].start();
12.         }    
13.         
14.     }
15.     
16.     class Runner implements Runnable {
17.         ATM atm;
18.         
19.         Runner(ATM atm) {
20.             this.atm = atm;
21.         }
22.         
23.         public void run() {
24.             atm.login("John");
25.             //查询余额
26.             float bal = atm.getBalance();
27.             try {
28.                 Thread.sleep(1); //模拟人从查询到取款之间的间隔
29.             } catch (InterruptedException e) {
30.                 // ignore it
31.             } 
32.             
33.             try {
34.                 System.out.println("Your balance is:" + bal);
35.                 System.out.println("withdraw:" + bal * 0.8f);
36.                 atm.withdraw(bal * 0.8f);
37.                 System.out.println("deposit:" + bal * 0.8f);
38.                 atm.deposit(bal * 0.8f);
39.             } catch (InsufficientBalanceException e1) {
40.                 System.out.println("余额不足！");
41.             } finally {
42.                                     atm.logout();
43.                            }
44.         }
45.     }
46. }

运行ATMTester，结果如下（每次运行结果都有所差异）：

Your balance is:1000.0
withdraw:800.0
deposit:800.0
Your balance is:1000.0
Your balance is:1000.0
withdraw:800.0
withdraw:800.0
余额不足！
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
余额不足！
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
deposit:160.0
余额不足！
余额不足！
余额不足！
余额不足！
余额不足！
余额不足！

为什么会出现这样的情况？因为我们这儿是多个ATM同时对同一账户进行操作，比如一个ATM查询出了余额为1000，第二个ATM也查询出了余额1000，然后两者都期望提取出800，那么只有第1个用户能够成功提出，因为在第1个提出800后，账户真实的余额就只有200了，而第二个用户仍认为余额为 1000。这个问题是由于多个ATM同时对同一个账户进行操作所不可避免产生的后果。要解决这个问题，就必须限制同一个账户在某一时刻，只能由一个ATM 进行操作。如何才能做到这一点？直接通过synchronized关键字可以吗？非常遗憾！因为我们现在需要对整个Account的多个方法进行同步，这是跨越多个方法的，而synchronized仅能对方法或者代码块进行同步。在下一篇我们将通过编写一个锁对象达到这个目的。