Java学习笔记—多线程同步的五种方法

一、引言

前几天面试，被大师虐残了，好多基础知识必须得重新拿起来啊。闲话不多说，进入正题。

二、为什么要线程同步

因为当我们有多个线程要同时访问一个变量或对象时，如果这些线程中既有读又有写操作时，就会导致变量值或对象的状态出现混乱，从而导致程序异常。举个例子，如果一个银行账户同时被两个线程操作，一个取100块，一个存钱100块。假设账户原本有0块，如果取钱线程和存钱线程同时发生，会出现什么结果呢？取钱不成功，账户余额是100.取钱成功了，账户余额是0.那到底是哪个呢？很难说清楚。因此多线程同步就是要解决这个问题。

三、不同步时的代码

Bank.java

package threadTest; / * @author ww * */ public class Bank { private int count =0;//账户余额 //存钱 public void addMoney(int money){ count +=money; System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money); } //取钱 public void subMoney(int money){ if(count-money < 0){ System.out.println("余额不足"); return; } count -=money; System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); } //查询 public void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } } 

SyncThreadTest.java

package threadTest; public class SyncThreadTest { public static void main(String args[]){ final Bank bank=new Bank(); Thread tadd=new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub while(true){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } bank.addMoney(100); bank.lookMoney(); System.out.println("\n"); } } }); Thread tsub = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub while(true){ bank.subMoney(100); bank.lookMoney(); System.out.println("\n"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } }); tsub.start(); tadd.start(); } }

代码很简单，我就不解释了，看看运行结果怎样呢？截取了其中的一部分，是不是很乱，有写看不懂。

余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：100 54存进：100 账户余额：100 54存进：100 账户余额：100 54取出：100 账户余额：100 55存进：100 账户余额：100 55取出：100 账户余额：100 

四、使用同步时的代码

（1）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。

修改后的Bank.java

package threadTest; / * @author ww * */ public class Bank { private int count =0;//账户余额 //存钱 public synchronized void addMoney(int money){ count +=money; System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money); } //取钱 public synchronized void subMoney(int money){ if(count-money < 0){ System.out.println("余额不足"); return; } count -=money; System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); } //查询 public void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } } 

再看看运行结果：

余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：0 80存进：100 账户余额：100 80取出：100 账户余额：0 80存进：100 账户余额：100 81取出：100 账户余额：0 

瞬间感觉可以理解了吧。

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

（2）同步代码块

Bank.java代码如下：

package threadTest; / * @author ww * */ public class Bank { private int count =0;//账户余额 //存钱 public void addMoney(int money){ synchronized (this) { count +=money; } System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money); } //取钱 public void subMoney(int money){ synchronized (this) { if(count-money < 0){ System.out.println("余额不足"); return; } count -=money; } System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); } //查询 public void lookMoney(){ System.out.println("账户余额："+count); } }

运行结果如下：

余额不足 账户余额：0 99存进：100 账户余额：100 00取出：100 账户余额：0 99存进：100 账户余额：100

效果和方法一差不多。

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。

（3）使用特殊域变量(volatile)实现线程同步

Bank.java代码如下：

package threadTest; / * @author ww * */ public class Bank { private volatile int count = 0;// 账户余额 // 存钱 public void addMoney(int money) { count += money; System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money); } // 取钱 public void subMoney(int money) { if (count - money < 0) { System.out.println("余额不足"); return; } count -= money; System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); } // 查询 public void lookMoney() { System.out.println("账户余额：" + count); } } 

运行效果怎样呢？

余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：100 59存进：100 账户余额：100 60取出：100 账户余额：0 61存进：100 账户余额：100

是不是又看不懂了，又乱了。这是为什么呢？就是因为volatile不能保证原子操作导致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile会组织编译器对代码优化，因此能不使用它就不适用它吧。 它的原理是每次要线程要访问volatile修饰的变量时都是从内存中读取，而不是存缓存当中读取，因此每个线程访问到的变量值都是一样的。这样就保证了同步。

（4）使用重入锁实现线程同步

package threadTest; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; / * @author ww * */ public class Bank { private int count = 0;// 账户余额 //需要声明这个锁 private Lock lock = new ReentrantLock(); // 存钱 public void addMoney(int money) { lock.lock();//上锁 try{ count += money; System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money); }finally{ lock.unlock();//解锁 } } // 取钱 public void subMoney(int money) { lock.lock(); try{ if (count - money < 0) { System.out.println("余额不足"); return; } count -= money; System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); }finally{ lock.unlock(); } } // 查询 public void lookMoney() { System.out.println("账户余额：" + count); } } 

运行效果怎么样呢？

余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：0 34存进：100 账户余额：100 35存进：100 账户余额：200 54取出：100 账户余额：100

效果和前两种方法差不多。

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 。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）使用局部变量实现线程同步

Bank.java代码如下：

package threadTest; / * @author ww * */ public class Bank { private static ThreadLocal 
   
     count = new ThreadLocal 
    
      (){ @Override protected Integer initialValue() { // TODO Auto-generated method stub return 0; } }; // 存钱 public void addMoney(int money) { count.set(count.get()+money); System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money); } // 取钱 public void subMoney(int money) { if (count.get() - money < 0) { System.out.println("余额不足"); return; } count.set(count.get()- money); System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); } // 查询 public void lookMoney() { System.out.println("账户余额：" + count.get()); } } 
     
   

运行效果：

余额不足 账户余额：0 余额不足 账户余额：0 39存进：100 账户余额：100 余额不足 40存进：100 账户余额：0 账户余额：200 余额不足 账户余额：0 41存进：100 账户余额：300

看了运行效果，一开始一头雾水，怎么只让存，不让取啊？看看ThreadLocal的原理：

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。现在明白了吧，原来每个线程运行的都是一个副本，也就是说存钱和取钱是两个账户，知识名字相同而已。所以就会发生上面的效果。

现在都明白了吧。各有优劣，各有适用场景。手工，吃饭去了。