【Java】线程同步的方式

关注

原创最新推荐文章于 2026-07-10 11:01:04 发布 7.3k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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，如果一个统计变量count同时被两个线程操作，一个加6，一个减6。假设变量初始值为0，如果加数线程和减数线程同时发生，会出现什么结果呢？减数不成功，统计变量是6。减数成功了，统计变量是0。然而到底是哪个很难说清楚，因此多线程同步就是要解决这个问题。

public class Solution {
    public static void main(String[] args) {
        final Digit digit = new Digit();
        //增加统计量count值的线程
        Thread addThread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    digit.addCount(6);
                    digit.queryCount();
                    System.out.println("add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>" + "\n");
                }
            }
        });

        //减少统计量count值的线程
        Thread reduceThread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    digit.reduceCount(6);
                    digit.queryCount();
                    System.out.println("reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>" + "\n");
                }
            }
        });

        addThread.start();
        reduceThread.start();
    }
}

class Digit {
    private int count = 0;

    public void addCount(int value) {
        count += value;
        System.out.println("output: count增加了" + value);
    }

    public void reduceCount(int value) {
        if (count - value < 0) {
            System.out.println("count不能为负。");
            return;
        }
        count -= value;
        System.out.println("output:count减少了" + value);
    }

    public void queryCount() {
        System.out.println("此时count值为：" + count);
    }
}

如下运行结果是可能出现的四种情况。根据结果可以看出线程执行出现了混乱。因而此时需要引入线程同步。

count不能为负。
此时count值为：6
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output:count减少了6
此时count值为：0
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

二、线程同步的几种方式

synchronized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。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。
将Digit.java代码中的方法用synchronized关键字同步，即：

class Digit {
    private int count = 0;

    public synchronized void addCount(int value) {
        count += value;
        System.out.println("output: count增加了" + value);
    }

    public synchronized void reduceCount(int value) {
        if (count - value < 0) {
            System.out.println("count不能为负。");
            return;
        }
        count -= value;
        System.out.println("output:count减少了" + value);
    }

    public void queryCount() {
        System.out.println("此时count值为：" + count);
    }
}

此时的输出结果就不会混乱了，如下：

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：12
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output:count减少了6
此时count值为：6
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output:count减少了6
此时count值为：0
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

synchronized同步代码块：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同步关键代码块即可，如下所示：

class Digit {
    private int count = 0;

    public void addCount(int value) {
        synchronized (this) {
            count += value;
        }
        System.out.println("output: count增加了" + value);
    }

    public void reduceCount(int value) {
        synchronized (this) {
            if (count - value < 0) {
                System.out.println("count不能为负。");
                return;
            }
            count -= value;
        }
        System.out.println("output:count减少了" + value);
    }

    public void queryCount() {
        System.out.println("此时count值为：" + count);
    }
}

此时对应输出如下，可以看到同步代码块和同步方法的效果是一致的，但是同步非常消耗资源，原则上能用同步代码块就不要用同步方法。

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output:count减少了6
此时count值为：0
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output:count减少了6
此时count值为：0
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

volatile实现同步：保证操作的可见性，访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。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。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。
使用可重入锁实现线程同步：
JDK1.5之后引入了java.util.concurrent包，可用来支持同步。ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁，它与使用synchronized的方式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。将Digit.java对应的修改为：

class Digit {
    private int count = 0;
    private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();

    public void addCount(int value) {
        reentrantLock.lock();
        try {
            count += value;
            System.out.println("output: count增加了" + value);
        } finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

    public void reduceCount(int value) {
        reentrantLock.lock();
        try {
            if (count - value < 0) {
                System.out.println("count不能为负。");
                return;
            }
            count -= value;
            System.out.println("output:count减少了" + value);
        } finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

    public void queryCount() {
        System.out.println("此时count值为：" + count);
    }
}

如下为运行结果，可以看到效果和使用synchronized一致。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，但一定要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally{}代码释放锁。

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output:count减少了6
此时count值为：0
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：12
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

使用线程局部变量实现同步：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。
ThreadLocal 类的常用方法
ThreadLocal() : 创建一个线程本地变量
get() : 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值
initialValue() : 返回此线程局部变量的当前线程的"初始值"
set(T value) : 将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value
对应的Digit.java修改为：

class Digit {
    private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>() {
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public void addCount(int value) {
        count.set(count.get() + value);
        System.out.println("output: count增加了" + value);
    }

    public void reduceCount(int value) {
        if (count.get() - value < 0) {
            System.out.println("count不能为负。");
            return;
        }
        count.set(count.get() - value);
        System.out.println("output:count减少了" + value);
    }


    public void queryCount() {
        System.out.println("此时count值为：" + count.get());
    }
}

此时的运行结果为：

count不能为负。
此时count值为：0
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：6
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

count不能为负。
此时count值为：0
reduce over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

output: count增加了6
此时count值为：12
add over>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

但是仔细观察不难发现，使用ThreadLocal时，只让加不让减，这是为什么呢？先来看看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，也就是说加数和减数是两个不同的统计变量，只是名字相同而已。所以就会发生上面的效果。
引申
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。
6. wait()和notify():
wait():使一个线程处于等待状态，并且释放所持有的对象的lock。
sleep():使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要捕捉InterruptedException异常。
notify():唤醒一个处于等待状态的线程，注意的是在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且不是按优先级。

详见：Java基础—wait()，sleep()，notify()和notifyAll()方法详解

7. 使用阻塞队列实现线程同步:使用LinkedBlockingQueue<E>来实现线程的同步 LinkedBlockingQueue<E>是一个基于已连接节点的，范围任意的blocking queue。队列是先进先出的顺序（FIFO，LinkedBlockingQueue 类常用方法 LinkedBlockingQueue() : 创建一个容量为Integer.MAX_VALUE的LinkedBlockingQueue put(E e) : 在队尾添加一个元素，如果队列满则阻塞 size() : 返回队列中的元素个数 take() : 移除并返回队头元素，如果队列空则阻塞代码。
注：BlockingQueue<E>定义了阻塞队列的常用方法，尤其是三种添加元素的方法，我们要多加注意，当队列满时：
　　add()方法会抛出异常
　　offer()方法返回false
　　put()方法会阻塞