本文详细介绍了Java中线程同步的实现方式，包括同步代码块、同步方法及ReentrantLock锁的使用，探讨了如何通过synchronized关键字和Lock接口进行线程同步。此外，还讲解了线程间通信的两种方式：传统wait/notify机制和Condition条件变量，以及线程组的概念和未处理异常的处理。
一.线程同步
java的多线程支持引入了同步监视器来解决这个问题，使用同步监视器的通用方法就是同步代码块。同步代码块的语法格式如下:
synchronized(obj) {
…
//此处的代码就是同步代码块
}
1.同步代码块
任何时刻只能有一个线程可获得对同步监视器的锁定，当同步代码块执行完成后，该线程会释放对该同步监视器的锁定。
public class DrawThread extends Thread
{
// 模拟用户账户
private Account account;
// 当前取钱线程所希望取的钱数
private double drawAmount;
public DrawThread(String name , Account account
, double drawAmount)
{
super(name);
this.account = account;
this.drawAmount = drawAmount;
}
// 当多条线程修改同一个共享数据时，将涉及数据安全问题。
public void run()
{
// 使用account作为同步监视器，任何线程进入下面同步代码块之前，
// 必须先获得对account账户的锁定——其他线程无法获得锁，也就无法修改它
// 这种做法符合：“加锁 → 修改 → 释放锁”的逻辑
synchronized (account)
{
// 账户余额大于取钱数目
if (account.getBalance() >= drawAmount)
{
// 吐出钞票
System.out.println(getName()
+ "取钱成功！吐出钞票:" + drawAmount);
try
{
Thread.sleep(1);
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
// 修改余额
account.setBalance(account.getBalance() - drawAmount);
System.out.println("\t余额为: " + account.getBalance());
}
else
{
System.out.println(getName() + "取钱失败！余额不足！");
}
}
// 同步代码块结束，该线程释放同步锁
}
}
该同步代码块的同步监视器是account对象
2.同步方法
对于synchronized修饰的实例方法(非static方法)而言，无须显式指定同步监视器，同步方法的同步监视器就是this，也就是调用该方法的对象。
public class Account
{
// 封装账户编号、账户余额两个成员变量
private String accountNo;
private double balance;
public Account(){}
// 构造器
public Account(String accountNo , double balance)
{
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
}
// accountNo的setter和getter方法
public void setAccountNo(String accountNo)
{
this.accountNo = accountNo;
}
public String getAccountNo()
{
return this.accountNo;
}
// 因此账户余额不允许随便修改，所以只为balance提供getter方法，
public double getBalance()
{
return this.balance;
}
// 提供一个线程安全draw()方法来完成取钱操作
public synchronized void draw(double drawAmount)
{
// 账户余额大于取钱数目
if (balance >= drawAmount)
{
// 吐出钞票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "取钱成功！吐出钞票:" + drawAmount);
try
{
Thread.sleep(1);
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
// 修改余额
balance -= drawAmount;
System.out.println("\t余额为: " + balance);
}
else
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "取钱失败！余额不足！");
}
}
// 下面两个方法根据accountNo来重写hashCode()和equals()方法
public int hashCode()
{
return accountNo.hashCode();
}
public boolean equals(Object obj)
{
if(this == obj)
return true;
if (obj !=null
&& obj.getClass() == Account.class)
{
Account target = (Account)obj;
return target.getAccountNo().equals(accountNo);
}
return false;
}
}
synchronized关键字可以修饰方法，可以修饰代码块，但不能修饰构造器，成员变量等。
3.同步锁(Lock)
Lock是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。
ReentrantLock锁具有可重入性，也就是说，一个线程可以对已被加锁的ReentrantLock锁再次加锁，ReentrantLock对象会维持一个计数器来追踪lock()方法的嵌套调用。
import java.util.concurrent.locks.*;
class Account
{
// 定义锁对象
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 封装账户编号、账户余额的两个成员变量
private String accountNo;
private double balance;
public Account(){}
// 构造器
public Account(String accountNo , double balance)
{
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
}
// accountNo的setter和getter方法
public void setAccountNo(String accountNo)
{
this.accountNo = accountNo;
}
public String getAccountNo()
{
return this.accountNo;
}
// 因此账户余额不允许随便修改，所以只为balance提供getter方法，
public double getBalance()
{
return this.balance;
}
// 提供一个线程安全draw()方法来完成取钱操作
public void draw(double drawAmount)
{
// 加锁
lock.lock();
try
{
// 账户余额大于取钱数目
if (balance >= drawAmount)
{
// 吐出钞票
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "取钱成功！吐出钞票:" + drawAmount);
try
{
Thread.sleep(1);
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
// 修改余额
balance -= drawAmount;
System.out.println("\t余额为: " + balance);
}
else
{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "取钱失败！余额不足！");
}
}
finally
{
// 修改完成，释放锁
lock.unlock();
}
}
// 下面两个方法根据accountNo来重写hashCode()和equals()方法
public int hashCode()
{
return accountNo.hashCode();
}
public boolean equals(Object obj)
{
if(this == obj)
return true;
if (obj !=null
&& obj.getClass() == Account.class)
{
Account target = (Account)obj;
return target.getAccountNo().equals(accountNo);
}
return false;
}
}
使用ReentrantLock对象来进行同步，加锁和释放锁现在不同的作用范围内时，通常建议使用finally块来确保在必要时释放锁。
二.线程通信
1.传统的线程通信
借助于object类提供的wait(),notify(),notifyAll()三个方法，这三个方法并不属于Thread类，而是属于Object类。这三个方法必须由同步监视器对象来调用。
对于使用synchronized修饰的同步方法，因为该类的默认实例this就是同步监视器，所以可以在同步方法种直接调用这三个方法；
对于使用synchronized修饰的同步代码块，同步监视器是synchronized后括号里的对象，所以必须使用该对象调用这三个方法；
wait(): 导致当前线程等待，直到其他线程调用该同步监视器的notify()方法或notifyAll()方法来唤醒该线程；
notify()：唤醒在此同步监视器上等待的单个线程。
notifyAll()：唤醒在此同步监视器上等待的所有线程。
public class Account
{
// 封装账户编号、账户余额的两个成员变量
private String accountNo;
private double balance;
// 标识账户中是否已有存款的旗标
private boolean flag = false;
public Account(){}
// 构造器
public Account(String accountNo , double balance)
{
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
}
// accountNo的setter和getter方法
public void setAccountNo(String accountNo)
{
this.accountNo = accountNo;
}
public String getAccountNo()
{
return this.accountNo;
}
// 因此账户余额不允许随便修改，所以只为balance提供getter方法，
public double getBalance()
{
return this.balance;
}
public synchronized void draw(double drawAmount)
{
try
{
// 如果flag为假，表明账户中还没有人存钱进去，取钱方法阻塞
if (!flag)
{
wait();
}
else
{
// 执行取钱
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 取钱:" + drawAmount);
balance -= drawAmount;
System.out.println("账户余额为：" + balance);
// 将标识账户是否已有存款的旗标设为false。
flag = false;
// 唤醒其他线程
notifyAll();
}
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
public synchronized void deposit(double depositAmount)
{
try
{
// 如果flag为真，表明账户中已有人存钱进去，则存钱方法阻塞
if (flag) //①
{
wait();
}
else
{
// 执行存款
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 存款:" + depositAmount);
balance += depositAmount;
System.out.println("账户余额为：" + balance);
// 将表示账户是否已有存款的旗标设为true
flag = true;
// 唤醒其他线程
notifyAll();
}
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}
// 下面两个方法根据accountNo来重写hashCode()和equals()方法
public int hashCode()
{
return accountNo.hashCode();
}
public boolean equals(Object obj)
{
if(this == obj)
return true;
if (obj !=null
&& obj.getClass() == Account.class)
{
Account target = (Account)obj;
return target.getAccountNo().equals(accountNo);
}
return false;
}
}
2.使用condition控制线程通信
如果程序不使用synchronized关键字来保证同步，而是直接使用lock对象来保证同步，则系统中不存在隐式的同步监视器。也就不能使用wait(),notify(),notifyAll()方法进行线程通信。
Condition实例被绑定在一个Lock对象上，要获得特定Lock实例的Condition实例，调用Lock对象的newConditoin()方法即可。
await()：类是于隐式同步监视器上的wait方法；
signal()：唤醒在此Lock对象上等待的单个线程。
signalAll()：唤醒在此Lock对象上等待的所有线程。
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.locks.*;
class Account
{
// 显式定义Lock对象
private final Lock lock = new ReentrantLock();
// 获得指定Lock对象对应的Condition
private final Condition cond = lock.newCondition();
// 封装账户编号、账户余额的两个成员变量
private String accountNo;
private double balance;
// 标识账户中是否已有存款的旗标
private boolean flag = false;
public Account(){}
// 构造器
public Account(String accountNo , double balance)
{
this.accountNo = accountNo;
this.balance = balance;
}
// accountNo的setter和getter方法
public void setAccountNo(String accountNo)
{
this.accountNo = accountNo;
}
public String getAccountNo()
{
return this.accountNo;
}
// 因此账户余额不允许随便修改，所以只为balance提供getter方法，
public double getBalance()
{
return this.balance;
}
public void draw(double drawAmount)
{
// 加锁
lock.lock();
try
{
// 如果flag为假，表明账户中还没有人存钱进去，取钱方法阻塞
if (!flag)
{
cond.await();
}
else
{
// 执行取钱
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 取钱:" + drawAmount);
balance -= drawAmount;
System.out.println("账户余额为：" + balance);
// 将标识账户是否已有存款的旗标设为false。
flag = false;
// 唤醒其他线程
cond.signalAll();
}
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
// 使用finally块来释放锁
finally
{
lock.unlock();
}
}
public void deposit(double depositAmount)
{
lock.lock();
try
{
// 如果flag为真，表明账户中已有人存钱进去，则存钱方法阻塞
if (flag) // ①
{
cond.await();
}
else
{
// 执行存款
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " 存款:" + depositAmount);
balance += depositAmount;
System.out.println("账户余额为：" + balance);
// 将表示账户是否已有存款的旗标设为true
flag = true;
// 唤醒其他线程
cond.signalAll();
}
}
catch (InterruptedException ex)
{
ex.printStackTrace();
}
// 使用finally块来释放锁
finally
{
lock.unlock();
}
}
// 下面两个方法根据accountNo来重写hashCode()和equals()方法
public int hashCode()
{
return accountNo.hashCode();
}
public boolean equals(Object obj)
{
if(this == obj)
return true;
if (obj !=null
&& obj.getClass() == Account.class)
{
Account target = (Account)obj;
return target.getAccountNo().equals(accountNo);
}
return false;
}
}
三.线程组和未处理的异常
Java使用ThreadGroup来表示线程组，他可以对一批线程进行分类管理，如果程序没有显式指定线程属于哪个线程组，则该线程属于默认现程组，在默认情况下，子线程和创建它的父线程处于同一个线程组，例如A线程创建B线程，B没有指定线程组，那么B线程就是输出A线程所在的线程组的。
一旦某个线程加入了指定的线程组之后，该线程就一直属于该线程组，直到线程死亡。中途不能改变。
class MyThread extends Thread
{
// 提供指定线程名的构造器
public MyThread(String name)
{
super(name);
}
// 提供指定线程名、线程组的构造器
public MyThread(ThreadGroup group , String name)
{
super(group, name);
}
public void run()
{
for (int i = 0; i < 20 ; i++ )
{
System.out.println(getName() + " 线程的i变量" + i);
}
}
}
public class ThreadGroupTest
{
public static void main(String[] args)
{
// 获取主线程所在的线程组，这是所有线程默认的线程组
ThreadGroup mainGroup = Thread.currentThread().getThreadGroup();
System.out.println("主线程组的名字："
+ mainGroup.getName());
System.out.println("主线程组是否是后台线程组："
+ mainGroup.isDaemon());
new MyThread("主线程组的线程").start();
ThreadGroup tg = new ThreadGroup("新线程组");
tg.setDaemon(true);
System.out.println("tg线程组是否是后台线程组："
+ tg.isDaemon());
MyThread tt = new MyThread(tg , "tg组的线程甲");
tt.start();
new MyThread(tg , "tg组的线程乙").start();
}
}
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