Java 线程同步的七种方法
线程安全
线程安全,是指每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的。
或者说一个类或者程序所提供的接口,对于线程来说是原子操作,或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题。
线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的,若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作,一般都需要考虑线程同步,否则就可能影响线程安全。
为何要使用同步?
java允许多线程并发控制,当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时(如数据的增删改查),
将会导致数据不准确,相互之间产生冲突,因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前,被其他线程的调用,从而保证了该变量的唯一性和准确性。
实现线程同步的七种方法
1. synchronized 同步方法
2. synchronized 同步代码块 (推荐)
3. 使用特殊域变量(volatile)实现线程同步
4. 使用重入锁ReentrantLock实现线程同步
5. 使用局部变量ThreadLocal实现线程同步
6. 使用阻塞队列LinkedBlockingQueue实现线程同步
7. 使用原子变量atomic实现线程同步
1. synchronized 同步方法
即有synchronized关键字修饰的方法。
代码如:public synchronized void save() {}
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
由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此synchronized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。
2. synchronized 同步代码块
即有synchronized关键字修饰的语句块。
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。
被该synchronized关键字修饰的语句块,会自动被加上内置锁,从而实现同步
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。
代码实例:
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. 使用特殊域变量(volatile)实现线程同步
volatile关键字和synchronized关键字一样,在Java多线程开发中,是一道必须要跨越的槛。
a. volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制,
b. 使用volatile修饰域,相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新,
c. 因此每次使用该域就要重新计算,而不是使用寄存器中的值
d. volatile不会提供任何原子操作,它也不能用来修饰final类型的变量
例如:在上面的例子当中,只需在account前面加上volatile修饰,即可实现线程同步。
代码实例:
// 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; } }
注:多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上,如果让域自身避免这个问题,则就不需要修改操作该域的方法。用final域,有锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题。
强烈推荐米扑博客:Java 关键字 volatile 原理深入理解
4. 使用重入锁ReentrantLock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synchronized块,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:
代码实例:
// 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
5. 使用局部变量ThreadLocal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:
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(多个独立的变量副本)"的方法,后者采用以"时间换空间(synchronized加锁阻塞等待)"的方式
6. 使用阻塞队列LinkedBlockingQueue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
package com.xhj.thread; import java.util.Random; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; /** * 用阻塞队列实现线程同步 LinkedBlockingQueue的使用 * * @author XIEHEJUN * */ public class BlockingSynchronizedThread { /** * 定义一个阻塞队列用来存储生产出来的商品 */ private LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<Integer>(); /** * 定义生产商品个数 */ private static final int size = 10; /** * 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 */ private int flag = 0; private class LinkBlockThread implements Runnable { @Override public void run() { int new_flag = flag++; System.out.println("启动线程 " + new_flag); if (new_flag == 0) { for (int i = 0; i < size; i++) { int b = new Random().nextInt(255); System.out.println("生产商品:" + b + "号"); try { queue.put(b); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } System.out.println("仓库中还有商品:" + queue.size() + "个"); 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("消费者买去了" + n + "号商品"); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } System.out.println("仓库中还有商品:" + queue.size() + "个"); 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>定义了阻塞队列的常用方法,尤其是三种添加元素的方法,我们要多加注意,
当队列满时:
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atomic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
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。
Java 同步的应用实例:java实现同步的几种方式(总结)
知识重在总结和梳理,只有不断地去学习并运用,才能化为自己的东西。
参考推荐:
Java同步方式(2)——wait和notify/notifyall
Java 关键字 volatile 原理深入理解(强烈推荐)
String、StringBuilder、StringBuffer用法比较
ArrayList、LinkedList、Vector、Map用法比较
版权所有: 本文系米扑博客原创、转载、摘录,或修订后发表,最后更新于 2021-02-04 15:17:33
侵权处理: 本个人博客,不盈利,若侵犯了您的作品权,请联系博主删除,莫恶意,索钱财,感谢!
转载注明: Java 线程同步的七种方法 (米扑博客)
厉害,点个赞?
这种颜色标注很清晰
哈哈哈 谢谢
高亮标注,方便我自己今后快速看,抓重点
好多博客,我都是改了几次、十几次,反复看了好多遍,高亮标出了重点