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Java線程間共享實現(xiàn)方法詳解

發(fā)布時間：2020-09-14 21:37:08 來源：腳本之家 閱讀：185 作者：ねぇ 欄目：編程語言

一、synchronize對象鎖和類鎖

synchronize為多線程關(guān)鍵字是一種同步鎖，它可以修飾以下幾種對象：

代碼塊：被修飾的代碼塊被稱為同步代碼塊，作用的范圍是{}里面的代碼，作用的對象是調(diào)用這個代碼塊的對象

方法：被修飾的方法稱為同步方法，作用的范圍是整個方法，作用的對象是調(diào)用這個方法的對象

類：作用的范圍是synchronize后面括號里的部分，作用的對象是當(dāng)前這個類

1、對象鎖

下面由一個栗子引入：

public class TestSynchronize {
  //加了對象鎖的方法
  private synchronized void syn(){
    //自定義sleep工具類
    SleepTools.second(2);
    System.out.println("syn is going..."+this.toString());
    SleepTools.second(2);
    System.out.println("syn ended..."+this.toString());
  }

  //調(diào)用了對象鎖方法的線程1
  private static class thread implements Runnable{
    private TestSynchronize testSynchronize;
    public thread(TestSynchronize testSynchronize){
      this.testSynchronize = testSynchronize;
    }
    @Override
    public void run() {
      System.out.println("thread is running...");
      testSynchronize.syn();
    }
  }
  //調(diào)用了對象鎖方法的線程2
  private static class thread2 implements Runnable{
    private TestSynchronize testSynchronize;
    public thread2(TestSynchronize testSynchronize){
      this.testSynchronize = testSynchronize;
    }
    @Override
    public void run() {
      System.out.println("thread2 is running...");
      testSynchronize.syn();
    }
  }
  public static void main(String[] args) {
    TestSynchronize testSynchronize = new TestSynchronize();
    thread thread = new thread(testSynchronize);

    TestSynchronize testSynchronize2 = new TestSynchronize();
    thread2 thread2 = new thread2(testSynchronize);
    //thread2 thread2 = new thread2(testSynchronize2);
    new Thread(thread).start();
    new Thread(thread2).start();
  }
}

/**
當(dāng)兩個線程都將testSynchronize傳入時（即使用同一個對象調(diào)用加了對象鎖的方法）運(yùn)行結(jié)果如下：
thread is running...
thread2 is running...
syn is going...com.zl.synchronize.TestSynchronize@6b52350c
syn ended...com.zl.synchronize.TestSynchronize@6b52350c
syn is going...com.zl.synchronize.TestSynchronize@6b52350c
syn ended...com.zl.synchronize.TestSynchronize@6b52350c
*/

/**
當(dāng)一個傳入testSynchronize，另一個傳入testSynchronize2時 運(yùn)行結(jié)果如下：
thread is running...
thread2 is running...
syn is going...com.zl.synchronize.TestSynchronize@28835f5f
syn is going...com.zl.synchronize.TestSynchronize@47c48106
syn ended...com.zl.synchronize.TestSynchronize@28835f5f
syn ended...com.zl.synchronize.TestSynchronize@47c48106
*/

結(jié)論：多個線程調(diào)用同一個對象的同步方法會阻塞，調(diào)用不同對象的同步方法不會阻塞

2、類鎖

1) synchronized修飾的靜態(tài)方法

public static synchronized void obj3() {
  int i = 5;
  while (i-- > 0) {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
    try {
      Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException ie) {
    }
  }
}

2) synchronized (test.class) ，鎖的對象是test.class，即test類的鎖。

public void obj1() {
  synchronized (test.class) {
    int i = 5;
    while (i-- > 0) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException ie) {
      }
    }
  }
}

那么問題來了：在一個類中有兩方法，分別用synchronized 修飾的靜態(tài)方法（類鎖）和非靜態(tài)方法（對象鎖）。多線程訪問兩個方法的時候，線程會不會阻塞？

答案是當(dāng)類鎖和對象鎖同時存在時，多線程訪問時不會阻塞，因為他們不是一個鎖。

二、volatile

volatile 是一個類型修飾符。volatile 的作用是作為指令關(guān)鍵字，確保本條指令不會因編譯器的優(yōu)化而省略。

​ volatile的特性

  • 保證了不同線程對這個變量進(jìn)行操作時的可見性，即一個線程修改了某個變量的值，這新值對其他線程來說是立即可見的。（實現(xiàn)可見性）
  • 禁止進(jìn)行指令重排序。（實現(xiàn)有序性）
  • volatile 只能保證對單次讀/寫的原子性。i++ 這種操作不能保證原子性。

三、ThreadLocal

  • ThreadLocal從字面意思來理解，是一個線程本地變量，也可以叫線程本地變量存儲。有時候一個對象的變量會被多個線程所訪問，這個時候就會有線程安全問題，當(dāng)然可以使用synchronized關(guān)鍵字來為該變量加鎖，進(jìn)行同步處理來限制只能有一個線程來使用該變量，但是這樣會影響程序執(zhí)行的效率，這時ThreadLocal就派上了用場；
  • 使用ThreadLocal維護(hù)變量的時候，會為每一個使用該變量的線程提供一個獨(dú)立的變量副本，即每個線程內(nèi)部都會有一個當(dāng)前變量。這樣同時有多個線程訪問該變量并不會相互影響，因為他們都是使用各自線程存儲的變量，所以不會存在線程安全的問題。
  • 同步機(jī)制采用了“以時間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式，前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問，而后者為每一個線程都提供了一份變量，因此可以同時訪問且互不影響。

下面給出測試程序：

public class ThreadLocalDemo {
  private static ThreadLocal<Integer> number = new ThreadLocal<Integer>(){
    @Override
    protected Integer initialValue() {
      return 1;
    }
  };
  private static class thread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
      Integer number = ThreadLocalDemo.number.get();
      for (int i = 0; i < this.getId(); i++) {
        number++;
      }
      System.out.println(this.getName()+"---"+this.getId()+"===="+number);
    }
  }
  private static class thread2 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
      Integer number = ThreadLocalDemo.number.get();
      for (int i = 0; i < this.getId(); i++) {
        number++;
      }
      System.out.println(this.getName()+"---"+this.getId()+"===="+number);
    }
  }
  public static void main(String[] args) {
    new Thread(new thread()).start();
    new Thread(new thread2()).start();
  }
}
/**
Thread-0---12====13
Thread-2---14====15
*/

四、等待(Wait)和通知(notify)

為了支撐多線程之間的協(xié)作，JDK提供了兩個非常重要的線程接口：等待wait()方法和通知notify()方法。 這兩個方法并不是在Thread類中的，而是輸出在Object類。這意味著任何對象都可以調(diào)用這兩個方法。

等待/通知的經(jīng)典范式

Java線程間共享實現(xiàn)方法詳解

wait()方法和notify()方法究竟是如何工作的呢？

　　如果一個線程調(diào)用了object.wait()方法，那么它就會進(jìn)入object對象的等待隊列，這個隊列中，可能會有多個線程，因為系統(tǒng)運(yùn)行多個線程同時等待某一個對象，

　　當(dāng)object.notify()方法被調(diào)用的時候，它就會從這個等待隊列中隨機(jī)選擇一個線程，并進(jìn)行喚醒。

　　除notity()方法外，Object對象還有一個類似的notifyAll()方法，它和notity方法的功能基本一致，不同的是，它會喚醒在這個等待隊列中所有等待的線程，而不是隨機(jī)一個。

　　object.wait()方法并不能隨便調(diào)用。它必須包含在對象的synchronzied語句中，無論是wait()方法或者notity()方法都需要首先獲得目標(biāo)對象的一個監(jiān)視器。

​ 假設(shè)有T1和T2表示兩個線程，T1在正確執(zhí)行wait()方法前，必須獲得object對象的監(jiān)視器，而wait()方法執(zhí)行之后會釋放這個監(jiān)視器。

這樣做的目的是使其他等待在object對象上的線程不至于因為T1的休眠而全部無法正常執(zhí)行。

　　線程T2在notity()方法調(diào)用前，也必須獲得object對象的監(jiān)視器。此時T1已經(jīng)釋放了這個監(jiān)視器。所以T2可以順利獲得object對象的監(jiān)視器。

接著，T2執(zhí)行了notify()方法嘗試喚醒一個等待線程，這里假設(shè)喚醒了T1，T1被喚醒后，要做的第一件事并不是執(zhí)行后續(xù)代碼，而是要嘗試重新

獲得object對象的監(jiān)視器，而這個監(jiān)視器也正是T1在wait()方法執(zhí)行前所持有的那個。

如果暫時無法獲得，則T1還必須等待這個監(jiān)視器。當(dāng)監(jiān)視器順利獲得后，T1才可以在真正意義上繼續(xù)執(zhí)行。

這里要注意，只有當(dāng)wait()和notify()被包含的synchronized語句執(zhí)行完，才會釋放監(jiān)視器。

為了方便理解，簡單的案例：

public class testWaitAndNotify {
  final static Object object = new Object();

  public static class T1 extends Thread {
    public void run() {
      synchronized (object) {
        try {
          System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":T1 start! ");
          System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":T1 wait for object");
          object.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":T1 end! ");
      }
    }
  }

  public static class T2 extends Thread {
    public void run() {
      synchronized (object) {
        try {
          System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":T2 start! notify one thread");
          object.notify();
          sleep(5000);
          System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":T2 end! ");
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new T1();
    Thread t2 = new T2();
    t1.start();
    t2.start();
  }
}
/**
1571039516250:T1 start! 
1571039516250:T1 wait for object
1571039516251:T2 start! notify one thread
1571039521251:T2 end! 
1571039521251:T1 end! 
*/

五、等待超時模式

由于經(jīng)典的等待/通知范式無法做到超時等待，也就是說，當(dāng)消費(fèi)者在獲得鎖后，如果條件不滿足，等待生產(chǎn)者改變條件之前會一直處于等待狀態(tài)，在一些實際應(yīng)用中，會浪費(fèi)資源，降低運(yùn)行效率。

偽代碼如下所示：

//假設(shè)超時時間是mills，則等待持續(xù)時間是remaining,超時時間是future
long future = System.currentTimeMillis() + mills;
long remaining = mills;
synchronized (lock) {
  while (!condition && remaining > 0) {
    wait(remaining);
    remaining = future - System.currentTimeMillis();
  }
  //處理代碼
}

六、join()

join在線程里面意味著“插隊”，哪個線程調(diào)用join代表哪個線程插隊先執(zhí)行——但是插誰的隊是有講究了，不是說你可以插到隊頭去做第一個吃螃蟹的人，而是插到在當(dāng)前運(yùn)行線程的前面，比如系統(tǒng)目前運(yùn)行線程A，在線程A里面調(diào)用了線程B.join方法，則接下來線程B會搶先在線程A面前執(zhí)行，等到線程B全部執(zhí)行完后才繼續(xù)執(zhí)行線程A。

話不多說上代碼

public class TestJoin {
  private static class thread extends Thread{
    private Thread t;
    //接收一個插隊線程
    public thread(Thread t){
      this.t = t;
    }
    @Override
    public void run() {
      try {
        //調(diào)用插隊線程的join方法
        t.join();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println(getName()+"---執(zhí)行完畢！");
    }
  }
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    //獲取當(dāng)前線程作為前一個線程
    Thread pre = Thread.currentThread();
    //創(chuàng)建五個線程
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      Thread thread = new Thread(new thread(pre),String.valueOf(i));
      //啟動線程
      thread.start();
      //重置前一個線程
      pre = thread;
    }
    System.out.println(System.currentTimeMillis());
    //讓主線程睡眠2s
    Thread.currentThread().sleep(2000);
    System.out.println(System.currentTimeMillis());
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---執(zhí)行完畢");
  }
}

/**
1571061168064
1571061170065
main---執(zhí)行完畢
Thread-0---執(zhí)行完畢！
Thread-1---執(zhí)行完畢！
Thread-2---執(zhí)行完畢！
Thread-3---執(zhí)行完畢！
Thread-4---執(zhí)行完畢！
*/

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。

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