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：

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：

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：

public static class Account

{
	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
		}
	}
}

 

      网上有很多关于java多线程的文章，有不少写成系列的，但个人觉得像多线程这么有有意思的部分，还是得好好静下心来品位，上面的三种方法，可以解决多线程同步问题，后面还会继续学习，嗯，加油。

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