多线程同步的五种方法

平凡希 SpringForAll社区 2021-05-26

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本文来源：https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/7679470.html

一、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。

二、不同步时的代码

Bank.java

 1package threadTest;  
 2
 3/** 
 4 * @author lixiaoxi 
 5 * 
 6 */  
 7public class Bank {  
 8
 9    private int count =0;//账户余额  
10
11    //存钱  
12    public  void addMoney(int money){  
13        count +=money;  
14        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);  
15    }  
16
17    //取钱  
18    public  void subMoney(int money){  
19        if(count-money < 0){  
20            System.out.println("余额不足");  
21            return;  
22        }  
23        count -=money;  
24        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
25    }  
26
27    //查询  
28    public void lookMoney(){  
29        System.out.println("账户余额："+count);  
30    }  
31}

SyncThreadTest.java

 1package threadTest;  
 2
 3public class SyncThreadTest {  
 4
 5    public static void main(String args[]){  
 6        final Bank bank=new Bank();  
 7
 8        Thread tadd=new Thread(new Runnable() {  
 9
10            @Override  
11            public void run() {  
12                // TODO Auto-generated method stub  
13                while(true){  
14                    try {  
15                        Thread.sleep(1000);  
16                    } catch (InterruptedException e) {  
17                        // TODO Auto-generated catch block  
18                        e.printStackTrace();  
19                    }  
20                    bank.addMoney(100);  
21                    bank.lookMoney();  
22                    System.out.println("\n");  
23
24                }  
25            }  
26        });  
27
28        Thread tsub = new Thread(new Runnable() {  
29
30            @Override  
31            public void run() {  
32                // TODO Auto-generated method stub  
33                while(true){  
34                    bank.subMoney(100);  
35                    bank.lookMoney();  
36                    System.out.println("\n");  
37                    try {  
38                        Thread.sleep(1000);  
39                    } catch (InterruptedException e) {  
40                        // TODO Auto-generated catch block  
41                        e.printStackTrace();  
42                    }     
43                }  
44            }  
45        });  
46        tsub.start();  
47
48        tadd.start();  
49    }  
50
51}

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，有些看不懂。

 1余额不足  
 2账户余额：0  
 3
 4余额不足  
 5账户余额：100  
 6
 71441790503354存进：100  
 8账户余额：100  
 9
101441790504354存进：100  
11账户余额：100  
12
131441790504354取出：100  
14账户余额：100  
15
161441790505355存进：100  
17账户余额：100  
18
191441790505355取出：100  
20账户余额：100

三、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

 1/** 
 2 * @author lixiaoxi
 3 * 
 4 */  
 5public class Bank {  
 6
 7    private int count =0;//账户余额  
 8
 9    //存钱  
10    public  synchronized void addMoney(int money){  
11        count +=money;  
12        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);  
13    }  
14
15    //取钱  
16    public  synchronized void subMoney(int money){  
17        if(count-money < 0){  
18            System.out.println("余额不足");  
19            return;  
20        }  
21        count -=money;  
22        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
23    }  
24
25    //查询  
26    public void lookMoney(){  
27        System.out.println("账户余额："+count);  
28    }  
29}

再看看运行结果：

 1余额不足  
 2账户余额：0  
 3
 4余额不足  
 5账户余额：0  
 6
 71441790837380存进：100  
 8账户余额：100  
 9
101441790838380取出：100  
11账户余额：0  
12
131441790838380存进：100  
14账户余额：100  
15
161441790839381取出：100  
17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

即有synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步。

Bank.java代码如下：

 1package threadTest;  
 2
 3package threadTest;  
 4
 5/** 
 6 * @author lixiaoxi 
 7 * 
 8 */  
 9public class Bank {  
10
11    private int count =0;//账户余额  
12
13    //存钱  
14    public void addMoney(int money){  
15
16        synchronized (this) {  
17            count +=money;  
18        }  
19        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);  
20    }  
21
22    //取钱  
23    public void subMoney(int money){  
24
25        synchronized (this) {  
26            if(count-money < 0){  
27                System.out.println("余额不足");  
28                return;  
29            }  
30            count -=money;  
31        }  
32        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
33    }  
34
35    //查询  
36    public void lookMoney(){  
37        System.out.println("账户余额："+count);  
38    }  
39}

运行结果如下：

 1余额不足  
 2账户余额：0  
 3
 41441791806699存进：100  
 5账户余额：100  
 6
 71441791806700取出：100  
 8账户余额：0  
 9
101441791807699存进：100  
11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

（1）volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制；

（2）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；

（3）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；

（4）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。

Bank.java代码如下：

 1package threadTest;  
 2
 3/** 
 4 * @author lixiaoxi 
 5 * 
 6 */  
 7public class Bank {  
 8
 9    private volatile int count = 0;// 账户余额  
10
11    // 存钱  
12    public void addMoney(int money) {  
13
14        count += money;  
15        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);  
16    }  
17
18    // 取钱  
19    public void subMoney(int money) {  
20
21        if (count - money < 0) {  
22            System.out.println("余额不足");  
23            return;  
24        }  
25        count -= money;  
26        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
27    }  
28
29    // 查询  
30    public void lookMoney() {  
31        System.out.println("账户余额：" + count);  
32    }  
33}

运行效果怎样呢？

 1余额不足  
 2账户余额：0  
 3
 4余额不足  
 5账户余额：100  
 6
 71441792010959存进：100  
 8账户余额：100  
 9
101441792011960取出：100  
11账户余额：0  
12
131441792011961存进：100  
14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使用它吧。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，而不是从缓存当中读取，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

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。

Bank.java代码修改如下：

 1package threadTest;  
 2
 3import java.util.concurrent.locks.Lock;  
 4import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
 5
 6/** 
 7 * @author lixiaoxi 
 8 * 
 9 */  
10public class Bank {  
11
12    private  int count = 0;// 账户余额  
13
14    //需要声明这个锁  
15    private Lock lock = new ReentrantLock();  
16
17    // 存钱  
18    public void addMoney(int money) {  
19        lock.lock();//上锁  
20        try{  
21        count += money;  
22        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);  
23
24        }finally{  
25            lock.unlock();//解锁  
26        }  
27    }  
28
29    // 取钱  
30    public void subMoney(int money) {  
31        lock.lock();  
32        try{  
33
34        if (count - money < 0) {  
35            System.out.println("余额不足");  
36            return;  
37        }  
38        count -= money;  
39        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
40        }finally{  
41            lock.unlock();  
42        }  
43    }  
44
45    // 查询  
46    public void lookMoney() {  
47        System.out.println("账户余额：" + count);  
48    }  
49}

运行效果怎样呢？

 1余额不足  
 2账户余额：0  
 3
 4余额不足  
 5账户余额：0  
 6
 71441792891934存进：100  
 8账户余额：100  
 9
101441792892935存进：100  
11账户余额：200  
12
131441792892954取出：100  
14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：

 1package com.demo.test;
 2
 3/** 
 4 * @author lixiaoxi
 5 * 
 6 */ 
 7public class Bank {
 8
 9    private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){  
10
11        @Override  
12        protected Integer initialValue() {  
13            // TODO Auto-generated method stub  
14            return 0;  
15        }  
16
17    };  
18
19    // 存钱  
20    public void addMoney(int money) {  
21        count.set(count.get()+money);  
22        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);  
23
24    }  
25
26    // 取钱  
27    public void subMoney(int money) {  
28        if (count.get() - money < 0) {  
29            System.out.println("余额不足");  
30            return;  
31        }  
32        count.set(count.get()- money);  
33        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
34    }  
35
36    // 查询  
37    public void lookMoney() {  
38        System.out.println("账户余额：" + count.get());  
39    }      
40}

运行效果：

 1余额不足
 2账户余额：0
 3
 41511166594460存进：100
 5账户余额：200
 6
 7余额不足
 8账户余额：0
 9
101511166595460存进：100
11账户余额：300
12
13余额不足
14账户余额：0
15
161511166596460存进：100
17账户余额：400