為何要實(shí)現(xiàn)同步

java允許多線程并發(fā)控制，當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)操作一個(gè)可共享的資源變量時(shí)（如數(shù)據(jù)的增刪改查），將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，相互之間產(chǎn)生沖突，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(diào)用，從而保證了該變量的唯一性和準(zhǔn)確性。

一、實(shí)例

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。但哪個(gè)余額對(duì)應(yīng)哪個(gè)呢？很難說清楚，因此多線程的同步問題就應(yīng)運(yùn)而生。

二、不使用同步的情況

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。但哪個(gè)余額對(duì)應(yīng)哪個(gè)呢？很難說清楚，因此多線程的同步問題就應(yīng)運(yùn)而生。

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);
    }
}

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(yùn)行結(jié)果：

1502542307917取出：100
賬號(hào)余額：100
1502542308917存進(jìn):100
1502542308917取出：100
賬號(hào)余額：0
賬號(hào)余額：0
1502542309917存進(jìn):100
賬號(hào)余額：0
1502542309917取出：100
賬號(hào)余額：0

此時(shí)出現(xiàn)了非線程安全問題，因?yàn)閮蓚€(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)沒有同步的方法，如果這兩個(gè)線程同時(shí)操作業(yè)務(wù)對(duì)象中的實(shí)例變量，就有可能出現(xiàn)非線程安全問題。

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

三、同步方法

synchronized關(guān)鍵字修飾方法

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)。

代碼如：

public synchronized void save(){}

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。

public class Bank {
private int count =0;//賬戶余額
//存錢
public  synchronized void addMoney(int money){
count +=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進(jìn)："+money);
}
//取錢
public  synchronized 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)行結(jié)果：

余額不足
賬號(hào)余額：0
1502543814934存進(jìn):100
賬號(hào)余額：100
1502543815934存進(jìn):100
賬號(hào)余額：200
1502543815934取出：100
賬號(hào)余額：100

這樣就實(shí)現(xiàn)了線程同步

同步代碼塊

即有synchronized關(guān)鍵字修飾的語句塊。

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

代碼如：

synchronized(object){ 
}

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。

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
余額不足
賬戶余額：100
1502544966411存進(jìn)：100
賬戶余額：100
1502544967411存進(jìn)：100
賬戶余額：100
1502544967411取出：100
賬戶余額：100
1502544968422取出：100

這樣也實(shí)現(xiàn)了線程同步，運(yùn)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(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。

使用特殊域變量(volatile)實(shí)現(xiàn)線程同步

a.volatile關(guān)鍵字為成員變量變量的訪問提供了一種免鎖機(jī)制；

b.使用volatile修飾成員變量相當(dāng)于告訴虛擬機(jī)該域可能會(huì)被其他線程更新；

c.因此每次使用該成員變量就要重新計(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 com.thread.demo;
/**
* Created by HJS on 2017/8/12.
*/
public class Bank {
private volatile 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：

余額不足
賬戶余額：0
余額不足
賬戶余額：100
1502546287474存進(jìn)：100
賬戶余額：100
1502546288474存進(jìn)：100
1502546288474取出：100
賬戶余額：100

此時(shí)，順序又亂了，說明同步又出現(xiàn)了問題，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。

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：

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)行結(jié)果：

余額不足
賬戶余額：0
1502547439892存進(jìn)：100
賬戶余額：100
1502547440892存進(jìn)：100
賬戶余額：200
1502547440892取出：100
賬戶余額：100

注：關(guān)于Lock對(duì)象和synchronized關(guān)鍵字的選擇：

a.最好兩個(gè)都不用，使用一種java.util.concurrent包提供的機(jī)制，能夠幫助用戶處理所有與鎖相關(guān)的代碼。

b.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。

c.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 。

使用局部變量實(shí)現(xiàn)線程同步

代碼如下：

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)行結(jié)果如下：

復(fù)制代碼
余額不足
賬戶余額：0
余額不足
1502547748383存進(jìn)：100
賬戶余額：100
賬戶余額：0
余額不足
賬戶余額：0
1502547749383存進(jìn)：100
賬戶余額：200

看了運(yùn)行效果，一開始一頭霧水，怎么只讓存，不讓取?。靠纯碩hreadLocal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 類的常用方法

ThreadLocal() : 創(chuàng)建一個(gè)線程本地變量? ? ?

get() : 返回此線程局部變量的當(dāng)前線程副本中的值? ? ?

initialValue() : 返回此線程局部變量的當(dāng)前線程的"初始值"? ? ?

set(T value) : 將此線程局部變量的當(dāng)前線程副本中的值設(shè)置為value

注：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。

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