Java 多线程同步的五种方法

一、引言

前几天面试，被大师虐残了，好多基础知识必须得重新拿起来啊。闲话不多说，进入正题。

二、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。

三、不同步时的代码

1. Bank.java 
3. package threadTest;  
5. /** 
6. * @author ww 
7. * 
8. */  
9. public class Bank {  
11.     private int count =0;//账户余额  
13.     //存钱  
14.     public  void addMoney(int money){  
15.         count +=money;  
16.         System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);  
17.     }  
19.     //取钱  
20.     public  void subMoney(int money){  
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.     }  
29.     //查询  
30.     public void lookMoney(){  
31.         System.out.println("账户余额："+count);  
32.     }  
33. } 
35. SyncThreadTest.java 
37. package threadTest;  
39. public class SyncThreadTest {  
41.     public static void main(String args[]){  
42.         final Bank bank=new Bank();  
44.         Thread tadd=new Thread(new Runnable() {  
46.             @Override  
47.             public void run() {  
48.                 // TODO Auto-generated method stub  
49.                 while(true){  
50.                     try {  
51.                         Thread.sleep(1000);  
52.                     } catch (InterruptedException e) {  
53.                         // TODO Auto-generated catch block  
54.                         e.printStackTrace();  
55.                     }  
56.                     bank.addMoney(100);  
57.                     bank.lookMoney();  
58.                     System.out.println("\n");  
60.                 }  
61.             }  
62.         });  
64.         Thread tsub = new Thread(new Runnable() {  
66.             @Override  
67.             public void run() {  
68.                 // TODO Auto-generated method stub  
69.                 while(true){  
70.                     bank.subMoney(100);  
71.                     bank.lookMoney();  
72.                     System.out.println("\n");  
73.                     try {  
74.                         Thread.sleep(1000);  
75.                     } catch (InterruptedException e) {  
76.                         // TODO Auto-generated catch block  
77.                         e.printStackTrace();  
78.                     }     
79.                 }  
80.             }  
81.         });  
82.         tsub.start();  
84.         tadd.start();  
85.     }  
87. } 

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，有写看不懂。

余额不足  
账户余额：0

余额不足  
账户余额：100

1441790503354存进：100  
账户余额：100

1441790504354存进：100  
账户余额：100

1441790504354取出：100  
账户余额：100

1441790505355存进：100  
账户余额：100

1441790505355取出：100  
账户余额：100

四、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

再看看运行结果：

余额不足  
账户余额：0

余额不足  
账户余额：0

1441790837380存进：100  
账户余额：100

1441790838380取出：100  
账户余额：0  
1441790838380存进：100  
账户余额：100

1441790839381取出：100  
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：

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

运行结果如下：

余额不足  
账户余额：0

1441791806699存进：100  
账户余额：100

1441791806700取出：100  
账户余额：0

1441791807699存进：100  
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

a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制
b.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
c.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
d.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：

1. package threadTest;  
3. /** 
4. * @author ww 
5. * 
6. */  
7. public class Bank {  
9.     private volatile int count = 0;// 账户余额  
11.     // 存钱  
12.     public void addMoney(int money) {  
14.         count += money;  
15.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);  
16.     }  
18.     // 取钱  
19.     public void subMoney(int money) {  
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.     }  
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？

余额不足  
账户余额：0

余额不足  
账户余额：100

1441792010959存进：100  
账户余额：100

1441792011960取出：100  
账户余额：0

1441792011961存进：100  
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适用它吧。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，而不是存缓存当中读取，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方法和快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：

1. package threadTest;  
3. import java.util.concurrent.locks.Lock;  
4. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
6. /** 
7. * @author ww 
8. * 
9. */  
10. public class Bank {  
12.     private  int count = 0;// 账户余额  
14.     //需要声明这个锁  
15.     private Lock lock = new ReentrantLock();  
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);  
24.         }finally{  
25.             lock.unlock();//解锁  
26.         }  
27.     }  
29.     // 取钱  
30.     public void subMoney(int money) {  
31.         lock.lock();  
32.         try{  
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.     }  
45.     // 查询  
46.     public void lookMoney() {  
47.         System.out.println("账户余额：" + count);  
48.     }  
49. } 

运行效果怎么样呢？

余额不足  
账户余额：0

余额不足  
账户余额：0

1441792891934存进：100  
账户余额：100

1441792892935存进：100  
账户余额：200

1441792892954取出：100  
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：

1. package threadTest;  
3. /** 
4. * @author ww 
5. * 
6. */  
7. public class Bank {  
9.     private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){  
11.         @Override  
12.         protected Integer initialValue() {  
13.             // TODO Auto-generated method stub  
14.             return 0;  
15.         }  
17.     };  
19.     // 存钱  
20.     public void addMoney(int money) {  
21.         count.set(count.get()+money);  
22.         System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);  
24.     }  
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.     }  
36.     // 查询  
37.     public void lookMoney() {  
38.         System.out.println("账户余额：" + count.get());  
39.     }  
40. } 

运行效果：

余额不足  
账户余额：0

余额不足  
账户余额：0

1441794247939存进：100  
账户余额：100

余额不足  
1441794248940存进：100  
账户余额：0

账户余额：200

余额不足  
账户余额：0

1441794249941存进：100  
账户余额：300

看了运行效果，一开始一头雾水，怎么只让存，不让取啊？看看ThreadLocal的原理：

如果使用ThreadLocal管理变量，则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本，副本之间相互独立，这样每一个线程都可以随意修改自己的变 量副本，而不会对其他线程产生影响。现在明白了吧，原来每个线程运行的都是一个副本，也就是说存钱和取钱是两个账户，知识名字相同而已。所以就会发生上面 的效果。

ThreadLocal与同步机制

a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题
b.前者采用以”空间换时间”的方法，后者采用以”时间换空间”的方式