Java基础之线程同步

一、什么是线程同步？

背景：多线程的程序设计，提高了代码执行效率，但存在数据共享的安全性问题。

线程同步使多个线程在同一个步调内运行，即：同一时间中，只能允许一个线程可以对数据进行操作。线程同步降低了线程的执行效率，但却保证了数据访问的安全性。


二、java中实现线程同步的方法

JDK 1.5 以前，使用 synchronized 关键字
JDK 1.5 及以后，增加了 java.util.concurrent.locks.Lock 类。

Lock 与 synchronized 对比：
读操作不修改数据，因此不存在数据同步问题。但是 synchronized 也会锁定数据，这将降低数据的访问效率。而 Lock 分的比较细，将锁分为：读锁和写锁。如果是只读，则允许多线程访问。

import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
import java.util.concurrent.Future;  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;  
  
/** 
 * Lockers 在多线程编程里面一个重要的概念是锁定。 
 * 如果一个资源是多个线程共享的，为了保证数据的完整性， 
 * 在进行事务性操作时需要将共享资源锁定， 
 * 这样可以保证在做事务性操作时只有一个线程能对资源进行操作， 
 * 从而保证数据的完整性。 
 *  
 * 在5.0以前，锁定的功能是由Synchronized关键字来实现的。 
 */  

/**===========================================================*/


/** 
 * 1. 测试Lock的使用。 在方法中使用Lock，可以避免使用Synchronized关键字。 
 */  
class LockTest {
    Lock lock = new ReentrantLock();// 锁  
    double value = 0d; // 值  
    int addtimes = 0;  

    /** 
     * 增加value的值，该方法的操作分为2步，而且相互依赖，必须实现在一个事务中 
     * 所以该方法必须同步，以前的做法是在方法声明中使用Synchronized关键字。 
     */  
    public void addValue(double v){
        lock.lock();// 取得锁  
        System.out.println("LockTest to addValue: " + v + "   "  
                + System.currentTimeMillis());  
        try {  
            Thread.sleep(1000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
        }  
        this.value += v;  
        this.addtimes++;  
        lock.unlock();// 释放锁  
    }  

    public double getValue() {
        return this.value;  
    }  
}  

/** 
 * 2. 测试 ReadWriteLock 的使用。
 * 
 * ReadWriteLock内置两个Lock，一个是读的Lock，一个是写的Lock。 
 * 多个线程可同时得到读的Lock，但只有一个线程能得到写的Lock， 
 * 而且写的Lock被锁定后，任何线程都不能得到Lock。 
 *  
 * ReadWriteLock提供的方法有：  
 * readLock(): 返回一个读的lock 
 * writeLock(): 返回一个写的lock, 此lock是排他的。 
 * ReadWriteLockTest 很适合处理类似文件的读写操作。 
 * 读的时候可以同时读，但不能写；写的时候既不能同时写也不能读。 
 */  
class ReadWriteLockTest {
    ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); // 锁
    double value = 0d;   // 值  
    int addtimes = 0;  

    /** 
     * 增加value的值，不允许多个线程同时进入该方法 
     */  
    public void setValue(double v) {  
        // 得到writeLock并锁定  
        Lock writeLock = lock.writeLock();  
        writeLock.lock();  
        System.out.println("ReadWriteLockTest to addValue: " + v + "   "  
                + System.currentTimeMillis());  
        try {  
            Thread.sleep(1000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
        }  
        try {  
            // 做写的工作  
            this.value += v;  
            this.addtimes++;  
        } finally {  
            // 释放writeLock锁  
            writeLock.unlock();  
        }  
    }  

    /** 
     * 获得信息。当有线程在调用addValue方法时，getInfo得到的信息可能是不正确的。 
     * 所以，也必须保证该方法在被调用时，没有方法在调用addValue方法。 
     */  
    public String getValue() {  
        // 得到readLock并锁定  
        Lock readLock = lock.readLock();  
        
        readLock.lock();
        System.out.println("ReadWriteLockTest to getInfo   "  
                + System.currentTimeMillis());  
        try {  
            Thread.sleep(1000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
        }  
        try {  
            // 做读的工作  
            return this.value + " : " + this.addtimes;  
        } finally {  
            // 释放readLock  
            readLock.unlock();  
        }  
    }  
}


public class LockUsage {
  
   
    public static void testLockTest() throws Exception {
        final LockTest lockTest = new LockTest();  
        // 新建任务1，调用lockTest的addValue方法  
        Runnable task1 = new Runnable() {
            public void run() {
                lockTest.addValue(50);  
            }  
        };  
        // 新建任务2，调用lockTest的getValue方法  
        Runnable task2 = new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("getValue(): " + lockTest.getValue());  
            }  
        };
        // 新建任务执行服务  
        ExecutorService cachedService = Executors.newCachedThreadPool();  
        Future future = null;  
        // 同时执行任务1三次，由于addValue方法使用了锁机制，所以，实质上会顺序执行。
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            future = cachedService.submit(task1);  
        }  
        // 等待最后一个任务1被执行完  
        future.get();  
        // 再执行任务2，输出结果  
        future = cachedService.submit(task2);  
        // 等待任务2执行完后，关闭任务执行服务  
        future.get();  
        cachedService.shutdownNow();  
    }  
  
  
  
    public static void testReadWriteLockTest() throws Exception {  
        final ReadWriteLockTest readWriteLockTest = new ReadWriteLockTest();  
        // 新建任务1，调用lockTest的addValue方法  
        Runnable task_1 = new Runnable() {  
            public void run() {  
                readWriteLockTest.setValue(50);  
            }  
        };  
        // 新建任务2，调用lockTest的getValue方法  
        Runnable task_2 = new Runnable() {  
            public void run() {  
                System.out.println("getValue(): " + readWriteLockTest.getValue());  
            }  
        };  
        // 新建任务执行服务  
        ExecutorService cachedService_1 = Executors.newCachedThreadPool();  
        Future future_1 = null;  
        // 同时执行五个任务，其中前2个任务是task_1，后两个任务是task_2  
        for (int i = 0; i < 2; i++) {  
            future_1 = cachedService_1.submit(task_1);  
        }  
        for (int i = 0; i < 2; i++) {  
            future_1 = cachedService_1.submit(task_2);  
        }  
        
        // 最后一个任务是task_1  
        // 等待最后一个task_2被执行完  
        future_1 = cachedService_1.submit(task_1);  
        future_1.get();  
        
        // 这五个任务的执行顺序应该是：  
        // 第一个task_1先执行，第二个task_1再执行；这是因为不能同时写，所以必须等。  
        // 然后2个task_2同时执行；这是因为在写的时候，就不能读，所以都等待写结束，  
        // 又因为可以同时读，所以它们同时执行  
        // 最后一个task_1再执行。这是因为在读的时候，也不能写，所以必须等待读结束后，才能写。  
        
        
        cachedService_1.shutdownNow();  
    }  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        LockUsage.testLockTest();  
        System.out.println("---------------------");  
        LockUsage.testReadWriteLockTest();  
    }  
}  

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