java多线程二之线程同步的三种方法

 java多线程的难点是在:处理多个线程同步与并发运行时线程间的通信问题。java在处理线程同步时,常用方法有:

1、synchronized关键字。

2、Lock显示加锁。

3、信号量Semaphore。

 

线程同步问题引入:

      创建一个银行账户Account类,在创建并启动100个线程往同一个Account类实例里面添加一块钱。在没有使用上面三种方法的情况下:

代码:

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import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
public class AccountWithoutSync {
    private static Account account = new Account();   //实例化一个账户
     
    public static void main(String[] args)
    {
        long start = System.currentTimeMillis();
        //使用ExecutorService创建线程池
        ExecutorService executor  = Executors.newCachedThreadPool();
         
        for(int i=0;i<100;i++)
        {
            executor.execute(new AddPennyTask());
        }
        //关闭线程池 即使线程池中还有未完成的线程 返回未完成的清单
        executor.shutdown();
         
        //关闭之后还是要保证未完成的线程继续完成  如果线程池中所有任务都完成了,isTerminated返回true
        while(!executor.isTerminated())
        {}
        long end = System.currentTimeMillis();
 
        //balance有余额的意思
        System.out.println("现在账户里面的余额是:" + account.getBalance());
        System.out.println("花费的时间以微秒为单位:"+(end-start)+"微秒");
    }
     
    //这个线程只调用了一个方法
    public static class AddPennyTask implements Runnable
    {
        @Override
        public void run() {
            account.deposit(1);
        }
    }
     
    //一个内部类  用于 账户的相关处理
    public static class Account
    {
        private int balance =0;
        public int getBalance()
        {
            return balance;
        }
        public  void deposit(int amount)
        {
            int newBalance = balance + amount;
            //为了让错误体现的更明显
            try {
                Thread.sleep(4);   //5毫秒
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            balance= newBalance;
            //其实就是balance +=amount;//不过换成这一段代码结果就在100和99左右
        }
    }
}

 

运行截图

 

       错的不是一般的明显,明明存入了100块,显示只有2块,原因也很简单,就是100个线程同时对acount进行修改,当第100该线程把钱改成100时,第2个线程最后修改,把它改成了2,这群不听话的线程,那就好好管管他们吧,让他们乖乖听话,在这之前,还是要记住以下一些名词:

 

竞争状态:当多个线程访问同一公共资源并引发冲突造成线程不同步,我们称这种状态为竞争状态。

 

线程安全:是针对类来说的,如果一个类的对象在多线程程序中不会导致竞争状态,我们就称这类为线程安全的,上面的Account是线性不安全的,而又如StringBuffer是线程安全的,而StringBuilder则是线程不安全的。

 

临界区:造成竞争状态的原因是多个线程同时进入了程序中某一特定部分,如上面程序中的deposit方法,我们称这部分为程序中的临界区,我们要解决多线程不同步问题,就是要解决如何让多个线程有序的访问临界区

 

使用synchronized关键字

1、同步方法:在deposit方法前加synchronized关键字,使得该方法变成同步方法:public synchronized void deposit(double amount){}

 

2、同步语句:对某一代码块加synchronized关键字,常用格式:

synchronized(exper) {statement}   其中exper是对象的引用,如上面的程序,在要在调用depsoit方法时,改成这样:  synchronized(account){account.deposit(1);}

 

      使用synchronized,其实是隐式地给方法或者代码块加了锁,任何同步的实例方法都可以转换为同步语句:

public synchronized void  method(){}

转换为同步语句: public  void  method{sysnchronized(this){}}

 

利用lock加锁同步

       java也可以用Lock显示的对临界区代码加锁以及解锁,这比用synchronized关键字更加直观灵活

       一个锁是一个Lock接口的实例,该接口定义了加锁解锁的方法,且一个锁可以多次调用其newCondition()方法创建名为Condition对象的实例,以此进行线程间的通信(在后面用到)。

     有了Lock接口,我们还要实现它,java提供了RenentrantLock类,该类是为创建相互排斥锁而实现了Lock接口,由此就好办了,下面看一下书上的图:

代码如下:

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public static class Account2
{
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    private int balance =0;
    public int getBalance()
    {
        return balance;
    }
    public  void deposit(int amount)
    {
        lock.lock();
        try{
            int newBalance = balance + amount;
            Thread.sleep(4);  
            balance= newBalance;
        }catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }
    }
}

 

给个运行截图

         100块存入,且时间明显比之前久了,100个线程都乖乖的排队访问临界区。另外注意在对lock()的调用后,紧跟随try catch finnaly语句,这是个好习惯

 

利用信号量同步

            信号量是个好东西,信号量机制在操作系统方面有着广泛的应用,如linux进程同步信号量,而在java里,Semaphore包包含了一些访问信号量的方法。

信号量可以用来限制访问共享资源的线程数,在访问临界区资源前,线程必须获取一个信号量,在访问完之后返回一个信号量。下图是关于类Semaphore,该类包含访问信号量的方法:

利用信号量Semaphorre,可以将上面的Account类改成这样:

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public static class Account
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{
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(1);  //创建一个信号量
    private int balance =0;
    public int getBalance()
    {
        return balance;
    }
    public  void deposit(int amount)
    {
        try {
            semaphore.acquire();
            int newBalance = balance + amount;
            Thread.sleep(4);  
            balance= newBalance;
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            semaphore.release();   //返回一个信号量
        }
    }
}

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