一、引言

前幾天面試，被大師虐殘了，好多基礎(chǔ)知識(shí)必須得重新拿起來啊。閑話不多說，進(jìn)入正題。

二、為什么要線程同步

因?yàn)楫?dāng)我們有多個(gè)線程要同時(shí)訪問一個(gè)變量或?qū)ο髸r(shí)，如果這些線程中既有讀又有寫操作時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致變量值或?qū)ο蟮臓顟B(tài)出現(xiàn)混亂，從而導(dǎo)致程序異常。舉 個(gè)例子，如果一個(gè)銀行賬戶同時(shí)被兩個(gè)線程操作，一個(gè)取100塊，一個(gè)存錢100塊。假設(shè)賬戶原本有0塊，如果取錢線程和存錢線程同時(shí)發(fā)生，會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果 呢？取錢不成功，賬戶余額是100.取錢成功了，賬戶余額是0.那到底是哪個(gè)呢？很難說清楚。因此多線程同步就是要解決這個(gè)問題。

三、不同步時(shí)的代碼

 

Bank.java 
 
package threadTest;  
 
/** 
* @author ww 
* 
*/  
public class Bank {  
 
    private int count =0;//賬戶余額  
 
    //存錢  
    public  void addMoney(int money){  
        count +=money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進(jìn)："+money);  
    }  
 
    //取錢  
    public  void subMoney(int money){  
        if(count-money < 0){  
            System.out.println("余額不足");  
            return;  
        }  
        count -=money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
    }  
 
    //查詢  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("賬戶余額："+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();  
    }  
 
} 

代碼很簡(jiǎn)單，我就不解釋了，看看運(yùn)行結(jié)果怎樣呢？截取了其中的一部分，是不是很亂，有寫看不懂。

余額不足 
賬戶余額：0 

余額不足 
賬戶余額：100 

1441790503354存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441790504354存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441790504354取出：100 
賬戶余額：100 

1441790505355存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441790505355取出：100 
賬戶余額：100

四、使用同步時(shí)的代碼

（1）同步方法：

即有synchronized關(guān)鍵字修飾的方法。 由于java的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)內(nèi)置鎖，當(dāng)用此關(guān)鍵字修飾方法時(shí)，內(nèi)置鎖會(huì)保護(hù)整個(gè)方法。在調(diào)用該方法前，需要獲得內(nèi)置鎖，否則就處于阻塞狀態(tài)。

修改后的Bank.java

 

再看看運(yùn)行結(jié)果：

余額不足 
賬戶余額：0 

余額不足 
賬戶余額：0 

1441790837380存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441790838380取出：100 
賬戶余額：0 
1441790838380存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441790839381取出：100 
賬戶余額：0

瞬間感覺可以理解了吧。

注： synchronized關(guān)鍵字也可以修飾靜態(tài)方法，此時(shí)如果調(diào)用該靜態(tài)方法，將會(huì)鎖住整個(gè)類

（2）同步代碼塊

即有synchronized關(guān)鍵字修飾的語(yǔ)句塊。被該關(guān)鍵字修飾的語(yǔ)句塊會(huì)自動(dòng)被加上內(nèi)置鎖，從而實(shí)現(xiàn)同步

Bank.java代碼如下：

package threadTest;  
 
/** 
* @author ww 
* 
*/  
public class Bank {  
 
    private int count =0;//賬戶余額  
 
    //存錢  
    public   void addMoney(int money){  
 
        synchronized (this) {  
            count +=money;  
        }  
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進(jìn)："+money);  
    }  
 
    //取錢  
    public   void subMoney(int money){  
 
        synchronized (this) {  
            if(count-money < 0){  
                System.out.println("余額不足");  
                return;  
            }  
            count -=money;  
        }  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);  
    }  
 
    //查詢  
    public void lookMoney(){  
        System.out.println("賬戶余額："+count);  
    }  
} 

運(yùn)行結(jié)果如下：

余額不足 
賬戶余額：0 

1441791806699存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441791806700取出：100 
賬戶余額：0 

1441791807699存進(jìn)：100 
賬戶余額：100

效果和方法一差不多。

注：同步是一種高開銷的操作，因此應(yīng)該盡量減少同步的內(nèi)容。通常沒有必要同步整個(gè)方法，使用synchronized代碼塊同步關(guān)鍵代碼即可。

（3）使用特殊域變量(Volatile)實(shí)現(xiàn)線程同步

a.volatile關(guān)鍵字為域變量的訪問提供了一種免鎖機(jī)制
b.使用volatile修飾域相當(dāng)于告訴虛擬機(jī)該域可能會(huì)被其他線程更新
c.因此每次使用該域就要重新計(jì)算，而不是使用寄存器中的值
d.volatile不會(huì)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 threadTest;  
 
/** 
* @author ww 
* 
*/  
public class Bank {  
 
    private volatile int count = 0;// 賬戶余額  
 
    // 存錢  
    public void addMoney(int money) {  
 
        count += money;  
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進(jìn)：" + money);  
    }  
 
    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  
 
        if (count - money < 0) {  
            System.out.println("余額不足");  
            return;  
        }  
        count -= money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
    }  
 
    // 查詢  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("賬戶余額：" + count);  
    }  
} 

運(yùn)行效果怎樣呢？

余額不足 
賬戶余額：0 

余額不足 
賬戶余額：100 

1441792010959存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441792011960取出：100 
賬戶余額：0 

1441792011961存進(jìn)：100 
賬戶余額：100

是不是又看不懂了，又亂了。這是為什么呢？就是因?yàn)関olatile不能保證原子操作導(dǎo)致的，因此volatile不能代替 synchronized。此外volatile會(huì)組織編譯器對(duì)代碼優(yōu)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(shí)都是從內(nèi)存中讀取，而不是存緩存當(dāng)中讀取，因此每個(gè)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(shí)現(xiàn)線程同步

在JavaSE5.0中新增了一個(gè)java.util.concurrent包來支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實(shí)現(xiàn)了Lock接口的鎖， 它與使用synchronized方法和快具有相同的基本行為和語(yǔ)義，并且擴(kuò)展了其能力。
ReenreantLock類的常用方法有：
ReentrantLock() : 創(chuàng)建一個(gè)ReentrantLock實(shí)例
lock() : 獲得鎖
unlock() : 釋放鎖
注：ReentrantLock()還有一個(gè)可以創(chuàng)建公平鎖的構(gòu)造方法，但由于能大幅度降低程序運(yùn)行效率，不推薦使用
Bank.java代碼修改如下：

package threadTest;  
 
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
 
/** 
* @author ww 
* 
*/  
public class Bank {  
 
    private  int count = 0;// 賬戶余額  
 
    //需要聲明這個(gè)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(jìn)：" + money);  
 
        }finally{  
            lock.unlock();//解鎖  
        }  
    }  
 
    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  
        lock.lock();  
        try{  
 
        if (count - money < 0) {  
            System.out.println("余額不足");  
            return;  
        }  
        count -= money;  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
        }finally{  
            lock.unlock();  
        }  
    }  
 
    // 查詢  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("賬戶余額：" + count);  
    }  
} 

運(yùn)行效果怎么樣呢？

余額不足 
賬戶余額：0 

余額不足 
賬戶余額：0 

1441792891934存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

1441792892935存進(jìn)：100 
賬戶余額：200 

1441792892954取出：100 
賬戶余額：100

效果和前兩種方法差不多。

如果synchronized關(guān)鍵字能滿足用戶的需求，就用synchronized，因?yàn)樗芎?jiǎn)化代碼 。如果需要更高級(jí)的功能，就用ReentrantLock類，此時(shí)要注意及時(shí)釋放鎖，否則會(huì)出現(xiàn)死鎖，通常在finally代碼釋放鎖

（5）使用局部變量實(shí)現(xiàn)線程同步

Bank.java代碼如下：

 

package threadTest;  
 
/** 
* @author ww 
* 
*/  
public class Bank {  
 
    private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){  
 
        @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(jìn)：" + money);  
 
    }  
 
    // 取錢  
    public void subMoney(int money) {  
        if (count.get() - money < 0) {  
            System.out.println("余額不足");  
            return;  
        }  
        count.set(count.get()- money);  
        System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);  
    }  
 
    // 查詢  
    public void lookMoney() {  
        System.out.println("賬戶余額：" + count.get());  
    }  
} 

運(yùn)行效果：

余額不足 
賬戶余額：0 

余額不足 
賬戶余額：0 

1441794247939存進(jìn)：100 
賬戶余額：100 

余額不足 
1441794248940存進(jìn)：100 
賬戶余額：0 

賬戶余額：200 

余額不足 
賬戶余額：0 

1441794249941存進(jìn)：100 
賬戶余額：300

看了運(yùn)行效果，一開始一頭霧水，怎么只讓存，不讓取啊？看看ThreadLocal的原理：

如果使用ThreadLocal管理變量，則每一個(gè)使用該變量的線程都獲得該變量的副本，副本之間相互獨(dú)立，這樣每一個(gè)線程都可以隨意修改自己的變 量副本，而不會(huì)對(duì)其他線程產(chǎn)生影響。現(xiàn)在明白了吧，原來每個(gè)線程運(yùn)行的都是一個(gè)副本，也就是說存錢和取錢是兩個(gè)賬戶，知識(shí)名字相同而已。所以就會(huì)發(fā)生上面 的效果。

ThreadLocal與同步機(jī)制

a.ThreadLocal與同步機(jī)制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題
b.前者采用以”空間換時(shí)間”的方法，后者采用以”時(shí)間換空間”的方式

現(xiàn)在都明白了吧。各有優(yōu)劣，各有適用場(chǎng)景。手工，吃飯去了。