關於線程同步(7種方式)
為何要使用同步？
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。
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：
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
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：
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。
代碼實例：
package com.xhj.thread;
/**
* 線程同步的運用
*
* @author XIEHEJUN
*
*/
public class SynchronizedThread {
class Bank {
private int account = 100;
public int getAccount() {
return account;
}
/**
* 用同步方法實現
*
* @param money
*/
public synchronized void save(int money) {
account += money;
}
/**
* 用同步代碼塊實現
*
* @param money
*/
public void save1(int money) {
synchronized (this) {
account += money;
}
}
}
class NewThread implements Runnable {
private Bank bank;
public NewThread(Bank bank) {
this.bank = bank;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// bank.save1(10);
bank.save(10);
System.out.println(i + "賬戶餘額為：" + bank.getAccount());
}
}
}
/**
* 建立線程，調用內部類
*/
public void useThread() {
Bank bank = new Bank();
NewThread new_thread = new NewThread(bank);
System.out.println("線程1");
Thread thread1 = new Thread(new_thread);
thread1.start();
System.out.println("線程2");
Thread thread2 = new Thread(new_thread);
thread2.start();
}
public static void main(String[] args) {
SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
st.useThread();
}
}
3.使用特殊域變量(volatile)實現線程同步
a.volatile關鍵字為域變量的訪問提供了一種免鎖機制，
b.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，
c.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
d.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
例如：
在上面的例子當中，只需在account前面加上volatile修飾，即可實現線程同步。
代碼實例：
//只給出要修改的代碼，其餘代碼與上同
class Bank {
//需要同步的變量加上volatile
private volatile int account = 100;
public int getAccount() {
return account;
}
//這裡不再需要synchronized
public void save(int money) {
account += money;
}
｝
注：多線程中的非同步問題主要出現在對域的讀寫上，如果讓域自身避免這個問題，則就不需要修改操作該域的方法。
用final域，有鎖保護的域和volatile域可以避免非同步的問題。
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為和語義，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
例如：
在上面例子的基礎上，改寫後的代碼為:
代碼實例：
//只給出要修改的代碼，其餘代碼與上同
class Bank {
private int account = 100;
private Lock lock = new ReentrantLock();
public int getAccount() {
return account;
}
//這裡不再需要synchronized
public void save(int money) {
lock.lock();
try{
account += money;
}finally{
lock.unlock();
}
}
｝
注：關於Lock對象和synchronized關鍵字的選擇：
a.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。
b.如果synchronized關鍵字能滿足用戶的需求，就用synchronized，因為它能簡化代碼
c.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
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。
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為value
例如：
在上面例子基礎上，修改後的代碼為：
代碼實例：
//只改Bank類，其餘代碼與上同
public class Bank{
//使用ThreadLocal類管理共享變量account
private static ThreadLocal
@Override
protected Integer initialValue(){
return 100;
}
};
public void save(int money){
account.set(account.get()+money);
}
public int getAccount(){
return account.get();
}
}
注：ThreadLocal與同步機制
a.ThreadLocal與同步機制都是為了解決多線程中相同變量的訪問衝突問題。
b.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
6.使用阻塞隊列實現線程同步
前面5種同步方式都是在底層實現的線程同步，但是我們在實際開發當中，應當儘量遠離底層結構。
使用javaSE5.0版本中新增的java.util.concurrent包將有助於簡化開發。
本小節主要是使用LinkedBlockingQueue
來實現線程的同步 LinkedBlockingQueue
是一個基於已連接節點的，範圍任意的blocking queue。 隊列是先進先出的順序（FIFO），關於隊列以後會詳細講解~
LinkedBlockingQueue 類常用方法
LinkedBlockingQueue() : 創建一個容量為Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue
put(E e) : 在隊尾添加一個元素，如果隊列滿則阻塞
size() : 返回隊列中的元素個數
take() : 移除並返回隊頭元素，如果隊列空則阻塞
代碼實例：
實現商家生產商品和買賣商品的同步
1 package com.xhj.thread;
2
3 import java.util.Random;
4 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
5
6 /**
7 * 用阻塞隊列實現線程同步 LinkedBlockingQueue的使用
8 *
9 * @author XIEHEJUN
10 *
11 */
12 public class BlockingSynchronizedThread {
13 /**
14 * 定義一個阻塞隊列用來存儲生產出來的商品
15 */
16 private LinkedBlockingQueue
17 /**
18 * 定義生產商品個數
19 */
20 private static final int size = 10;
21 /**
22 * 定義啟動線程的標誌，為0時，啟動生產商品的線程；為1時，啟動消費商品的線程
23 */
24 private int flag = 0;
25
26 private class LinkBlockThread implements Runnable {
27 @Override
28 public void run() {
29 int new_flag = flag++;
30 System.out.println("啟動線程 " + new_flag);
31 if (new_flag == 0) {
32 for (int i = 0; i < size; i++) {
33 int b = new Random().nextInt(255);
34 System.out.println("生產商品：" + b + "號");
35 try {
36 queue.put(b);
37 } catch (InterruptedException e) {
38 // TODO Auto-generated catch block
39 e.printStackTrace();
40 }
41 System.out.println("倉庫中還有商品：" + queue.size() + "個");
42 try {
43 Thread.sleep(100);
44 } catch (InterruptedException e) {
45 // TODO Auto-generated catch block
46 e.printStackTrace();
47 }
48 }
49 } else {
50 for (int i = 0; i < size / 2; i++) {
51 try {
52 int n = queue.take();
53 System.out.println("消費者買去了" + n + "號商品");
54 } catch (InterruptedException e) {
55 // TODO Auto-generated catch block
56 e.printStackTrace();
57 }
58 System.out.println("倉庫中還有商品：" + queue.size() + "個");
59 try {
60 Thread.sleep(100);
61 } catch (Exception e) {
62 // TODO: handle exception
63 }
64 }
65 }
66 }
67 }
68
69 public static void main(String[] args) {
70 BlockingSynchronizedThread bst = new BlockingSynchronizedThread();
71 LinkBlockThread lbt = bst.new LinkBlockThread();
72 Thread thread1 = new Thread(lbt);
73 Thread thread2 = new Thread(lbt);
74 thread1.start();
75 thread2.start();
76
77 }
78
79 }
注：BlockingQueue
add()方法會拋出異常
offer()方法返回false
put()方法會阻塞
7.使用原子變量實現線程同步
需要使用線程同步的根本原因在於對普通變量的操作不是原子的。
那麼什麼是原子操作呢？
原子操作就是指將讀取變量值、修改變量值、保存變量值看成一個整體來操作
即-這幾種行為要麼同時完成，要麼都不完成。
在java的util.concurrent.atomic包中提供了創建了原子類型變量的工具類，
使用該類可以簡化線程同步。
其中AtomicInteger 表可以用原子方式更新int的值，可用在應用程序中(如以原子方式增加的計數器)，
但不能用於替換Integer；可擴展Number，允許那些處理機遇數字類的工具和實用工具進行統一訪問。
AtomicInteger類常用方法：
AtomicInteger(int initialValue) : 創建具有給定初始值的新的AtomicInteger
addAddGet(int dalta) : 以原子方式將給定值與當前值相加
get() : 獲取當前值
代碼實例：
只改Bank類，其餘代碼與上面第一個例子同
1 class Bank {
2 private AtomicInteger account = new AtomicInteger(100);
3
4 public AtomicInteger getAccount() {
5 return account;
6 }
7
8 public void save(int money) {
9 account.addAndGet(money);
10 }
11 }
補充--原子操作主要有：
對於引用變量和大多數原始變量(long和double除外)的讀寫操作；
對於所有使用volatile修飾的變量(包括long和double)的讀寫操作。
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