Java实现线程同步方法及原理详解

Z时代
2024-01-10
分类：综合

一、概述

无论是什么语言，在多线程编程中，常常会遇到多个线同时操作程某个变量(读/写)，如果读/写不同步，则会造成不符合预期的结果。

例如：线程A和线程B并发运行，都操作变量X，若线程A对变量X进行赋上一个新值，线程B仍然使用变量X之前的值，很明显线程B使用的X不是我们想要的值了。

Java提供了三种机制，解决上述问题，实现线程同步：

同步代码块


synchronized(锁对象){
	// 这里添加受保护的数据操作
}

同步方法

静态同步方法：synchronized修饰的静态方法，它的同步锁是当前方法所在类的字节码对象


public static synchronized void staticMethod(){
}

非静态同步方法：synchronized修饰的非静态方法，它的同步锁即为this


public synchronize void method(){
}

锁机制

// 以可重入锁举例
Lock lock = new ReentrantLock(/*fail*/);
// fail:
// true表示使用公平锁，即线程等待拿到锁的时间越久，越容易拿到锁
// false表示使用非公平锁，线程拿到锁全靠运气。。。cpu时间片轮到哪个线程，哪个线程就能获取锁
lock.lock();
// 这里添加受保护的数据操作
lock.unlock();

个人理解：其实无论哪种机制实现线程同步，本质上都是加锁->操作数据->解锁的过程。同步代码块是针对{}中，同步方法是针对整个方法。其ReentrantLock类提供的lock和unlock和C++的std::mutex提供lock和unlock类似

二、测试用例

同步代码块测试类


package base.synchronize;
public class SynchronizeBlock implements Runnable {
  private int num = 100;
  @Override
  public void run() {
    while (num > 1) {
      synchronized (this) {
        // 同步代码块，只有拿到锁，才有cpu执行权
        System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + "---num:" + num);
        num--;
      }
    }
    System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + " exit");
  }
}

同步方法测试类


package base.synchronize;
public class SynchronizeMethod implements Runnable {
  private int num = 100;
  public static int staticNum = 100;
  boolean useStaticMethod;
  public SynchronizeMethod(boolean useStaticMethodToTest) {
    this.useStaticMethod = useStaticMethodToTest;
  }
  // 对于非静态方法，同步锁对象即this
  public synchronized void method() {
    System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + "---num:" + num);
    num--;
  }
  // 对于静态方法，同步锁对象是当前方法所在类的字节码对象
  public synchronized static void staticMethod() {
    System.out.println("Static Method Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + "---num:" + staticNum);
    staticNum--;
  }
  @Override
  public void run() {
    if (useStaticMethod) { // 测试静态同步方法
      while (staticNum > 1) {
        staticMethod();
      }
    }else{ // 测试非静态同步方法
      while (num > 1){
        method();
      }
    }
    System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + " exit");
  }
}

ReentrantLock测试类


package base.synchronize;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SynchronizeLock implements Runnable {
  private Lock lock = null;
  private int num = 100;
  public SynchronizeLock(boolean fair){
    lock = new ReentrantLock(fair); // 可重入锁
  }
  @Override
  public void run() {
    while (num > 1) {
      try {
        lock.lock();
        System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + "---num:" + num);
        num--;
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }finally {
        lock.unlock();
      }
    }
    System.out.println("Thread ID:" + Thread.currentThread().getId() + " exit");
  }
}

测试三种机制的Demo


package base.synchronize;
public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
    synchronizeBlockTest();   // 同步代码块
    synchronizeMethodTest();  // 同步非静态方法
    synchronizeStaticMethodTest(); // 同步静态方法
    synchronizeLockTest();  // 可重入锁机制
  }
  public static void synchronizeBlockTest(){
    Runnable run = new SynchronizeBlock();
    for(int i = 0; i < 3; i++){
      new Thread(run).start();
    }
  }
  public static void synchronizeMethodTest(){
    Runnable run = new SynchronizeMethod(false);
    for(int i = 0; i < 3; i++){
      new Thread(run).start();
    }
  }
  public static void synchronizeStaticMethodTest() {
    Runnable run = new SynchronizeMethod(true);
    for(int i = 0; i < 3; i++){
      new Thread(run).start();
    }
  }
  public static void synchronizeLockTest(){
    Runnable run = new SynchronizeLock(false); // true：使用公平锁 false:使用非公平锁
    for(int i = 0; i < 3; i++){
      new Thread(run).start();
    }
  }
}