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Java中关于同步,异步,多线程,多线程同步,并发

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1.同步与异步

1.1同步

在多线程的环境中,经常会碰到数据共享的情况,即当多个线程共同需要访问一个资源时,他们需要以某种顺序来确保该资源在某一时刻只能被一个线程使用,否则,程序的运行结果将是不可预料的,在这种情况下就必须对数据进行同步,例如多个线程同时对同一数据进行写操作,即当线程A需要使用某个资源时,如果这个资源正在被线程B使用,同步机制就会让线程A一直等待下去,直到线程B结束对该资源的使用后,线程A才能使用这个资源,由此可见,同步机制能够保证资源的安全。

要想实现同步操作,必须要获得每一个线程对象的锁。获得它可以保证在同一时刻只有一个线程能够进入临界区(访问互斥资源的代码块),并且在这个锁被释放前,其他线程就不能再进入这个临界区。如果还有其他线程想要获得该对象的锁,只能进入队列等待。只有当拥有该对象锁的线程退出临界区时,所才会被释放,等待队列中优先级最高的线程才能获得该锁,从而进入共享代码区。

2.多线程

实现java多线程的方法

(1)继承Thread类,重写run()方法

Thread本质上也是实现了Runnable接口的一个实例,他代表一个线程的实例,并且,启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()方法。start()方法是一个本地方法,他将启动一个新线程,并执行 run()方法(只有通过start()方法调用的run()方法才能真正的起到异步的作用)。
**小提示**start()方法被调用后并不是立刻执行多线程的代码,而是使得该线程变为可运行状态,什么时候运行多线程代码是由操作系统决定的。(就绪,运行,挂起,结束)

(2)实现Runnable接口,实现run()方法。

小提示创建Thread对象,用事先Runnable接口的对象作为参数实例化改Thread对象。

实现Callable接口,重写call()方法。(这个不是重点不建议使用)

3.多线程同步

多线程同步的方法有哪些?

(1)synchronized关键字

在java中,每个对象都有一个对象锁与之相关联,该锁表明对象在任何时候只允许被一个线程所拥有,当一个线程调用对象的一段synchronized代码时,首先要获取这个锁,然后执行相应的代码,执行结束,释放锁。

synchronized关键字主要有两种用法:
1.synchronized申明方法:public synchronized void xxx();
2.synchronized代码块:synchronized(obj){}

(2)wait()方法和notify()方法

wait()方法表示放弃当前对资源的占有权并且释放对象锁进入等待状态,一直到有人通知。
notify()方法表示当前的线程已经放弃对资源的占有,通知等待的线程来获得对资源的占有权。然后运行wait()后面的语句。被唤醒的线程依旧阻塞在wait()中直到获得对象的锁
重点内容:notify()方法放弃对资源的占用但是并没有释放对象锁

notify()和wait()方法需要配合synchronized关键字使用。

**“`
public class Consumer implements Runnable {

@Override
public synchronized void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        int count = 10;
        while(count > 0) {
             synchronized (Test. obj) {

                 System. out.print( "B");
                 count --;
                 Test. obj.notify(); // 主动释放对象资源

                  try {
                       Test. obj.wait();

                 } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                       e.printStackTrace();
                 }
            }

       }
}
}

public class Produce implements Runnable {

@Override
public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        int count = 10;
        while(count > 0) {
             synchronized (Test. obj) {

                  //System.out.print("count = " + count);
                 System. out.print( "A");
                 count --;
                 Test. obj.notify();

                  try {
                       Test. obj.wait();
                 } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                       e.printStackTrace();
                 }
            }

       }

}
}

测试类如下:

public class Test {

public static final Object obj = new Object();

public static void main(String[] args) {

        new Thread( new Produce()).start();
        new Thread( new Consumer()).start();

}
}
“`**

(3)Lock

a.lock():以阻塞的方式获取锁,也就是说如果获得锁,立刻返回;如果别的线程持有锁,当前线程等待,知道获取锁后返回。

b.tryLock():以非阻塞的方式获取锁。只是尝试性的去获取锁,如果取得则返回true,否则,立刻返回false。

c.tryLock(long timeout,TimeUnit unit):如果获取了锁,立刻返回true,否则会等待参数给定的时间单元,在等待的过程中,如果获取了锁,就立刻返回true,如果等待超时,返回false。

d.lockInterruptibly():如果获取了锁,立刻返回。否则当前线程处于休眠状态,直到获得锁,或者当前线程被别的线程中断。他与lock()方法最大的区别在于如果lock()方法获取不到锁,会一直处于阻塞状态,且会忽略interrupt()方法。

**`除了wait()和notify()协作完成线程同步之外,使用Lock也可以完成同样的目的。

ReentrantLock 与synchronized有相同的并发性和内存语义,还包含了中断锁等候和定时锁等候,意味着线程A如果先获得了对象obj的锁,那么线程B可以在等待指定时间内依然无法获取锁,那么就会自动放弃该锁。

但是由于synchronized是在JVM层面实现的,因此系统可以监控锁的释放与否,而ReentrantLock使用代码实现的,系统无法自动释放锁,需要在代码中finally子句中显式释放锁lock.unlock();

同样的例子,使用lock 如何实现呢?

public class Consumer implements Runnable {

private Lock lock;
public Consumer(Lock lock) {
        this. lock = lock;
}
@Override
public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        int count = 10;
        while( count > 0 ) {
             try {
                  lock.lock();
                 count --;
                 System. out.print( "B");
            } finally {
                  lock.unlock(); //主动释放锁
                  try {
                       Thread. sleep(91L);
                 } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                       e.printStackTrace();
                 }
            }
       }

}
}

public class Producer implements Runnable{

private Lock lock;
public Producer(Lock lock) {
        this. lock = lock;
}
@Override
public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
        int count = 10;
        while (count > 0) {
             try {
                  lock.lock();
                 count --;
                 System. out.print( "A");
            } finally {
                  lock.unlock();
                  try {
                       Thread. sleep(90L);
                 } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                       e.printStackTrace();
                 }
            }
       }
}
}

调用代码:

public class Test {

public static void main(String[] args) {
       Lock lock = new ReentrantLock();

       Consumer consumer = new Consumer(lock);
       Producer producer = new Producer(lock);

        new Thread(consumer).start();
        new Thread( producer).start();

}
}

使用建议:

在并发量比较小的情况下,使用synchronized是个不错的选择,但是在并发量比较高的情况下,其性能下降很严重,此时ReentrantLock是个不错的方案。`**

4.并发与并行

并发:单个处理器,轮换执行多个任务,看起来好像是多个任务同时在执行一样。

并行:多个处理器,同时执行多个任务,但是每个任务分配在一个cpu上执行。
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