java实现同步的几种方式

最新推荐文章于 2025-06-11 23:31:28 发布

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本文深入探讨Java中线程同步的重要性和实现方法，包括同步方法、同步代码块、重入锁及局部变量等，旨在解决多线程环境下数据不一致的问题。

为何要同步？

java允许许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量是（如数据的增、删、改、查），将会导致数据不准确，相互之间产生冲突，因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前，被其他线程的调用，从而保证了该变量的唯一性和准确性。

一、实例

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。但哪个余额对应哪个呢？很难说清楚，因此多线程的同步问题就应运而生。

二、不使用同步方法时

Bank.java

public class Bank{
private int count=0;//账号余额
//存钱
public void addMoney(int money){
count+=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
//System.currentTimeMillis()产生一个当前的毫秒，这个毫秒其实就是自1970年1月1日0时起的毫秒数
}
//取钱
public void subMoney(int money){
if(count-money<0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count-=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
public void lookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}

SyncThreadTest.java

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();
}
}

运行结果如下：

1502542307917取出：100
账号余额：100


1502542308917存进:100
1502542308917取出：100
账号余额：0


账号余额：0


1502542309917存进:100
账号余额：0


1502542309917取出：100
账号余额：0

此时出现了非线程安全问题，因为两个线程同时访问一个没有同步的方法，如果这两个线程同时操作业务对象中的实例变量，就有可能出现非线程安全问题。

解决方案：只需要在public void run()前面加synchronized关键词即可。

三、使用同步时的方案

1、同步方法

即有synchronized关键词修饰的方法。

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。

代码如下：

public synchronized void save(){}

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

public class Bank {
private int count =0;//账户余额
//存钱
public synchronized void addMoney(int money){
count +=money;
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
public synchronized void subMoney(int money){
if(count-money < 0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count -=money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
public void lookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}

运行结果：

余额不足
账号余额：0
1502543814934存进:100
账号余额：100
1502543815934存进:100
账号余额：200
1502543815934取出：100
账号余额：100

这样就实现了线程同步。

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

代码如下：

synchronized(object){
}

注：1、同步是一种高开销的操作，因此应尽量减少同步的内容。

2、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。

public class Bank {
private int count =0;//账户余额
//存钱
public void addMoney(int money){
synchronized (this) {
count +=money;
}
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存进："+money);
}
//取钱
public void subMoney(int money){
synchronized (this) {
if(count-money < 0){
System.out.println("余额不足");
return;
}
count -=money;
}
System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money);
}
//查询
public void lookMoney(){
System.out.println("账户余额："+count);
}
}

运行结果：

余额不足
账户余额：0
余额不足
账户余额：100
1502544966411存进：100
账户余额：100
1502544967411存进：100
账户余额：100
1502544967411取出：100
账户余额：100
1502544968422取出：100

这样也实现了线程同步，运行效率上来说也比方法同步效率高，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。

另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

3、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（重复进入）、互斥、实现了Lock接口的锁,它与使用synchronized方法和块具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力。

ReentrantLock():创建一个ReentrantLock实例

lock():获得锁

unlock()：释放锁

注：ReetrantLock()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：

public class Bank {
private int count = 0;// 账户余额
//需要声明这个锁
private Lock lock = new ReentrantLock();
// 存钱
public void addMoney(int money) {
lock.lock();//上锁
try{
count += money;
System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);
}finally{
lock.unlock();//解锁
}
}
// 取钱
public void subMoney(int money) {
lock.lock();
try{
if (count - money < 0) {
System.out.println("余额不足");
return;
}
count -= money;
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
}finally{
lock.unlock();
}
}
// 查询
public void lookMoney() {
System.out.println("账户余额：" + count);
}
}

运行效果：

余额不足
账户余额：0
1502547439892存进：100
账户余额：100
1502547440892存进：100
账户余额：200
1502547440892取出：100
账户余额：100

注：关于Lock对象和synchronized关键字的选择：

a.最好两个都不用，使用一种java.util.concurrent包提供的机制，能够帮助用户处理所有与锁相关的代码。

b.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。

c.如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意计算释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁。

4、使用局部变量实现线程同步

Bank.java代码如下：

public class Bank {
private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){
@Override
protected Integer initialValue() {
// TODO Auto-generated method stub
return 0;
}
};
// 存钱
public void addMoney(int money) {
count.set(count.get()+money);
System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存进：" + money);
}
// 取钱
public void subMoney(int money) {
if (count.get() - money < 0) {
System.out.println("余额不足");
return;
}
count.set(count.get()- money);
System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money);
}
// 查询
public void lookMoney() {
System.out.println("账户余额：" + count.get());
}
}

运行效果：

余额不足
账户余额：0
余额不足
1502547748383存进：100
账户余额：100
账户余额：0
余额不足
账户余额：0
1502547749383存进：100
账户余额：200

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，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，只是名字相同而已，所有会发生上面的效果。

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

注：ThreadLocal与同步机制