java實現同步的幾種方式（總結）

作者：五歲i
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爲何要使用同步？

java允許多線程併發控制，當多個線程同時操作一個可共享的資源變量時（如數據的增刪改查），將會導致數據不準確，相互之間產生衝突，因此加入同步鎖以避免在該線程沒有完成操作之前，被其他線程的調用，從而保證了該變量的唯一性和準確性。

一、實例

舉個例子，如果一個銀行賬戶同時被兩個線程操作，一個取100塊，一個存錢100塊。假設賬戶原本有0塊，如果取錢線程和存錢線程同時發生，會出現什麼結果呢？取錢不成功，賬戶餘額是100.取錢成功了，賬戶餘額是0。但哪個餘額對應哪個呢？很難說清楚，因此多線程的同步問題就應運而生。

二、不使用同步方法時

Bank.java

public class Bank {
 private int count =0;//賬戶餘額
 //存錢
 public void addMoney(int money){
 count +=money;
 System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
 }
 //取錢
 public void subMoney(int money){
 if(count-money < 0){
 System.out.println("餘額不足");
 return;
 }
 count -=money;
 System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
 }
 //查詢
 public void lookMoney(){
 System.out.println("賬戶餘額："+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();
 }
}

運行結果如下：

1502542307917取出：100
賬號餘額：100
1502542308917存進:100
1502542308917取出：100
賬號餘額：0
賬號餘額：0
1502542309917存進:100
賬號餘額：0
1502542309917取出：100
賬號餘額：0

此時出現了非線程安全問題，因爲兩個線程同時訪問一個沒有同步的方法，如果這兩個線程同時操作業務對象中的實例變量，就有可能出現非線程安全問題。

解決方案：只需要在public void run()前面加synchronized關鍵詞即可。

三、使用同步時的方案

1.同步方法

即有synchronized關鍵字修飾的方法。

由於java的每個對象都有一個內置鎖，當用此關鍵字修飾方法時，內置鎖會保護整個方法。在調用該方法前，需要獲得內置鎖，否則就處於阻塞狀態。

代碼如下：

public synchronized void save(){}

注： synchronized關鍵字也可以修飾靜態方法，此時如果調用該靜態方法，將會鎖住整個類

public class Bank {
 private int count =0;//賬戶餘額
 //存錢
 public synchronized void addMoney(int money){
 count +=money;
 System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
 }
 //取錢
 public synchronized void subMoney(int money){
 if(count-money < 0){
 System.out.println("餘額不足");
 return;
 }
 count -=money;
 System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
 }
 //查詢
 public void lookMoney(){
 System.out.println("賬戶餘額："+count);
 }
}

運行結果：

餘額不足
賬號餘額：0
1502543814934存進:100
賬號餘額：100
1502543815934存進:100
賬號餘額：200
1502543815934取出：100
賬號餘額：100

這樣就實現了線程同步。

2.同步代碼塊

即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。

被該關鍵字修飾的語句塊會自動被加上內置鎖，從而實現同步

代碼如下：

 synchronized(object){ 
 }

注：同步是一種高開銷的操作，因此應該儘量減少同步的內容。

通常沒有必要同步整個方法，使用synchronized代碼塊同步關鍵代碼即可。

public class Bank {
 private int count =0;//賬戶餘額
 //存錢
 public void addMoney(int money){
 synchronized (this) {
 count +=money;
 }
 System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
 }
 //取錢
 public void subMoney(int money){
 synchronized (this) {
 if(count-money < 0){
 System.out.println("餘額不足");
 return;
 }
 count -=money;
 }
 System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
 }
 //查詢
 public void lookMoney(){
 System.out.println("賬戶餘額："+count);
 }
}

運行結果：

餘額不足
賬戶餘額：0
餘額不足
賬戶餘額：100
1502544966411存進：100
賬戶餘額：100
1502544967411存進：100
賬戶餘額：100
1502544967411取出：100
賬戶餘額：100
1502544968422取出：100

這樣也實現了線程同步，運行效率上來說也比方法同步效率高，同步是一種高開銷的操作，因此應該儘量減少同步的內容。通常沒有必要同步整個方法，使用synchronized代碼塊同步關鍵代碼即可。。

3.使用特殊域變量(volatile)實現線程同步

volatile關鍵字爲域變量的訪問提供了一種免鎖機制，
使用volatile修飾域相當於告訴虛擬機該域可能會被其他線程更新，
因此每次使用該域就要重新計算，而不是使用寄存器中的值
volatile不會提供任何原子操作，它也不能用來修飾final類型的變量

Bank.java代碼如下：

package com.thread.demo;
/**
 * Created by HJS on 2017/8/12.
 */
public class Bank {
 private volatile int count =0;//賬戶餘額
 //存錢
 public void addMoney(int money){
 synchronized (this) {
 count +=money;
 }
 System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money);
 }
 //取錢
 public void subMoney(int money){
 synchronized (this) {
 if(count-money < 0){
 System.out.println("餘額不足");
 return;
 }
 count -=money;
 }
 System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
 }
 //查詢
 public void lookMoney(){
 System.out.println("賬戶餘額："+count);
 }
}

運行結果：

餘額不足
賬戶餘額：0
餘額不足
賬戶餘額：100
1502546287474存進：100
賬戶餘額：100
1502546288474存進：100
1502546288474取出：100
賬戶餘額：100

此時，順序又亂了，說明同步又出現了問題，因爲volatile不能保證原子操作導致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile會組織編譯器對代碼優化，因此能不使用它就不適用它吧。它的原理是每次要線程要訪問volatile修飾的變量時都是從內存中讀取，而不是存緩存當中讀取，因此每個線程訪問到的變量值都是一樣的。這樣就保證了同步。

4.使用重入鎖實現線程同步

在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了Lock接口的鎖，它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行爲和語義，並且擴展了其能力。

ReenreantLock類的常用方法有：

ReentrantLock() : 創建一個ReentrantLock實例
lock() : 獲得鎖
unlock() : 釋放鎖

注：ReentrantLock()還有一個可以創建公平鎖的構造方法，但由於能大幅度降低程序運行效率，不推薦使用

Bank.java代碼修改如下：

public class Bank {
 private int count = 0;// 賬戶餘額
 //需要聲明這個鎖
 private Lock lock = new ReentrantLock();
 // 存錢
 public void addMoney(int money) {
 lock.lock();//上鎖
 try{
 count += money;
 System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);
 }finally{
 lock.unlock();//解鎖
 }
 }
 // 取錢
 public void subMoney(int money) {
 lock.lock();
 try{
 if (count - money < 0) {
 System.out.println("餘額不足");
 return;
 }
 count -= money;
 System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
 }finally{
 lock.unlock();
 }
 }
 // 查詢
 public void lookMoney() {
 System.out.println("賬戶餘額：" + count);
 }
}

運行效果：

餘額不足
賬戶餘額：0
1502547439892存進：100
賬戶餘額：100
1502547440892存進：100
賬戶餘額：200
1502547440892取出：100
賬戶餘額：100

注：關於Lock對象和synchronized關鍵字的選擇：

最好兩個都不用，使用一種java.util.concurrent包提供的機制，能夠幫助用戶處理所有與鎖相關的代碼。
如果synchronized關鍵字能滿足用戶的需求，就用synchronized，因爲它能簡化代碼
如果需要更高級的功能，就用ReentrantLock類，此時要注意及時釋放鎖，否則會出現死鎖，通常在finally代碼釋放鎖。

5.使用局部變量實現線程同步

Bank.java代碼如下：

public class Bank {
 private static ThreadLocal count = new ThreadLocal(){
 @Override
 protected Integer initialValue() {
 // TODO Auto-generated method stub
 return 0;
 }
 };
 // 存錢
 public void addMoney(int money) {
 count.set(count.get()+money);
 System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money);
 }
 // 取錢
 public void subMoney(int money) {
 if (count.get() - money < 0) {
 System.out.println("餘額不足");
 return;
 }
 count.set(count.get()- money);
 System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
 }
 // 查詢
 public void lookMoney() {
 System.out.println("賬戶餘額：" + count.get());
 }
}

運行效果：

餘額不足
賬戶餘額：0
餘額不足
1502547748383存進：100
賬戶餘額：100
賬戶餘額：0
餘額不足
賬戶餘額：0
1502547749383存進：100
賬戶餘額：200

看了運行效果，一開始一頭霧水，怎麼只讓存，不讓取啊？看看ThreadLocal的原理：

如果使用ThreadLocal管理變量，則每一個使用該變量的線程都獲得該變量的副本，副本之間相互獨立，這樣每一個線程都可以隨意修改自己的變量副本，而不會對其他線程產生影響。現在明白了吧，原來每個線程運行的都是一個副本，也就是說存錢和取錢是兩個賬戶，知識名字相同而已。所以就會發生上面的效果。

ThreadLocal 類的常用方法

ThreadLocal() : 創建一個線程本地變量
get() : 返回此線程局部變量的當前線程副本中的值
initialValue() : 返回此線程局部變量的當前線程的"初始值"
set(T value) : 將此線程局部變量的當前線程副本中的值設置爲value

注：ThreadLocal與同步機制

ThreadLocal與同步機制都是爲了解決多線程中相同變量的訪問衝突問題。
前者採用以"空間換時間"的方法，後者採用以"時間換空間"的方式

線程同步的內容就暫時總結到這裏，歡迎小夥伴們提出自己的意見，共同學習。end。

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