Java中处理线程同步

引自:http://blog.csdn.net/aaa1117a8w5s6d/article/details/8295527http://m.blog.csdn.net/blog/undoner/12849661

静态变量:线程非安全。

静态变量即类变量,位于方法区,为所有对象共享,共享一份内存,一旦静态变量被修改,其他对象均对修改可见,故线程非安全。

实例变量:单例模式(只有一个对象实例存在)线程非安全,非单例线程安全。

实例变量为对象实例私有,在虚拟机的堆中分配,若在系统中只存在一个此对象的实例,在多线程环境下,“犹如”静态变量那样,被某个线程修改后,其他线程对修改均可见,故线程非安全;如果每个线程执行都是在不同的对象中,那对象与对象之间的实例变量的修改将互不影响,故线程安全。

局部变量:线程安全。

每个线程执行时将会把局部变量放在各自栈帧的工作内存中,线程间不共享,故不存在线程安全问题。

静态变量线程安全问题模拟:

----------------------------------------------------------------------------------

Java代码  Java中处理线程同步
  1. /**  
  2.   * 线程安全问题模拟执行  
  3.   *  ------------------------------  
  4.   *       线程1      |    线程2  
  5.   *  ------------------------------  
  6.   *   static_i = 4;  | 等待  
  7.   *   static_i = 10; | 等待  
  8.   *    等待          | static_i = 4;  
  9.   *   static_i * 2;  | 等待  
  10.   *  ----------------------------- 
  11.  * */  
  12. public class Test implements Runnable  
  13. {  
  14.     private static int static_i;//静态变量   
  15.       
  16.     public void run()  
  17.     {  
  18.         static_i = 4;  
  19.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
  20.                 + "]获取static_i 的值:" + static_i);  
  21.         static_i = 10;  
  22.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
  23.                 + "]获取static_i*3的值:" + static_i * 2);  
  24.     }  
  25.       
  26.     public static void main(String[] args)  
  27.     {  
  28.         Test t = new Test();  
  29.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题   
  30.         for (int i = 0; i < 3000; i++)  
  31.         {  
  32.             //t可以换成new Test(),保证每个线程都在不同的对象中执行,结果一样   
  33.             new Thread(t, "线程" + i).start();  
  34.         }  
  35.     }  
  36. }  

 

 

根据代码注释中模拟的情况,当线程1执行了static_i = 4;  static_i = 10; 后,线程2获得执行权,static_i = 4; 然后当线程1获得执行权执行static_i * 2;  必然输出结果4*2=8,按照这个模拟,我们可能会在控制台看到输出为8的结果。

写道
[线程27]获取static_i 的值:4 
[线程22]获取static_i*2的值:20 
[线程28]获取static_i 的值:4 
[线程23]获取static_i*2的值:8 
[线程29]获取static_i 的值:4 
[线程30]获取static_i 的值:4 
[线程31]获取static_i 的值:4 
[线程24]获取static_i*2的值:20

 看红色标注的部分,确实出现了我们的预想,同样也证明了我们的结论。

 

实例变量线程安全问题模拟:

----------------------------------------------------------------------------------

Java代码  Java中处理线程同步
  1. public class Test implements Runnable  
  2. {  
  3.     private int instance_i;//实例变量  
  4.       
  5.     public void run()  
  6.     {  
  7.         instance_i = 4;  
  8.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
  9.                 + "]获取instance_i 的值:" + instance_i);  
  10.         instance_i = 10;  
  11.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
  12.                 + "]获取instance_i*3的值:" + instance_i * 2);  
  13.     }  
  14.       
  15.     public static void main(String[] args)  
  16.     {  
  17.         Test t = new Test();  
  18.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题   
  19.         for (int i = 0; i < 3000; i++)  
  20.         {  
  21.             //每个线程对在对象t中运行,模拟单例情况  
  22.             new Thread(t, "线程" + i).start();  
  23.         }  
  24.     }  
  25. }  

 

 

按照本文开头的分析,犹如静态变量那样,每个线程都在修改同一个对象的实例变量,肯定会出现线程安全问题。

写道

[线程66]获取instance_i 的值:10 
[线程33]获取instance_i*2的值:20 
[线程67]获取instance_i 的值:4 
[线程34]获取instance_i*2的值:8 
[线程35]获取instance_i*2的值:20 
[线程68]获取instance_i 的值:4

 

看红色字体,可知单例情况下,实例变量线程非安全。

 

将new Thread(t, "线程" + i).start();改成new Thread(new Test(), "线程" + i).start();模拟非单例情况,会发现不存在线程安全问题。

 

 

局部变量线程安全问题模拟:

----------------------------------------------------------------------------------

 

Java代码  Java中处理线程同步
  1. public class Test implements Runnable  
  2. {  
  3.     public void run()  
  4.     {  
  5.         int local_i = 4;  
  6.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
  7.                 + "]获取local_i 的值:" + local_i);  
  8.         local_i = 10;  
  9.         System.out.println("[" + Thread.currentThread().getName()  
  10.                 + "]获取local_i*2的值:" + local_i * 2);  
  11.     }  
  12.       
  13.     public static void main(String[] args)  
  14.     {  
  15.         Test t = new Test();  
  16.         //启动尽量多的线程才能很容易的模拟问题  
  17.         for (int i = 0; i < 3000; i++)  
  18.         {  
  19.             //每个线程对在对象t中运行,模拟单例情况   
  20.             new Thread(t, "线程" + i).start();  
  21.         }  
  22.     }  
  23. }  

 

 

控制台没有出现异常数据。

 

 

**************************************************************

为什么要线程同步?

  说到线程同步,大部分情况下, 我们是在针对“单对象多线程”的情况进行讨论,一般会将其分成两部分,一部分是关于“共享变量”,一部分关于“执行步骤”。

如何控制线程同步

  既然线程同步有上述问题,那么我们应该如何去解决呢?针对不同原因造成的同步问题,我们可以采取不同的策略。

1.控制共享变量

  我们可以采取3种方式来控制共享变量。

  (1)将“单对象多线程”修改成“多对象多线程”  

  上文提及,同步问题一般发生在“单对象多线程”的场景中,那么最简单的处理方式就是将运行模型修改成“多对象多线程”的样子,针对上面示例中的同步问题,修改后的代码如下:

Java中处理线程同步
Java中处理线程同步
 1 private static void sharedVaribleTest2() throws InterruptedException
 2 {
 3     Thread thread1 = new Thread(new MyRunner());
 4     Thread thread2 = new Thread(new MyRunner());
 5     thread1.setDaemon(true);
 6     thread2.setDaemon(true);
 7     thread1.start();
 8     thread2.start();
 9     thread1.join();
10     thread2.join();
11 }
Java中处理线程同步

  我们可以看到,上述代码中两个线程使用了两个不同的Runnable实例,它们在运行过程中,就不会去访问同一个全局变量。

  (2)将“全局变量”降级为“局部变量”

  既然是共享变量造成的问题,那么我们可以将共享变量改为“不共享”,即将其修改为局部变量。这样也可以解决问题,同样针对上面的示例,这种解决方式的代码如下:

Java中处理线程同步
Java中处理线程同步
 1 class MyRunner2 implements Runnable
 2 {
 3     public void run() 
 4     {
 5         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
 6         int sum = 0;
 7         for (int i = 1; i <= 100; i++)
 8         {
 9             sum += i;
10         }
11         try {
12             Thread.sleep(500);
13         } catch (InterruptedException e) {
14             e.printStackTrace();
15         }
16         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + sum);
17         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
18     }
19 }
20 
21 
22 private static void sharedVaribleTest3() throws InterruptedException
23 {
24     MyRunner2 runner = new MyRunner2();
25     Thread thread1 = new Thread(runner);
26     Thread thread2 = new Thread(runner);
27     thread1.setDaemon(true);
28     thread2.setDaemon(true);
29     thread1.start();
30     thread2.start();
31     thread1.join();
32     thread2.join();
33 }
Java中处理线程同步

  我们可以看出,sum变量已经由全局变量变为run方法内部的局部变量了。

  (3)使用ThreadLocal机制

  ThreadLocal是JDK引入的一种机制,它用于解决线程间共享变量,使用ThreadLocal声明的变量,即使在线程中属于全局变量,针对每个线程来讲,这个变量也是独立的。

  我们可以用这种方式来改造上面的代码,如下所示:

Java中处理线程同步
Java中处理线程同步
 1 class MyRunner3 implements Runnable
 2 {
 3     public ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<Integer>();
 4     
 5     public void run() 
 6     {
 7         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
 8         for (int i = 0; i <= 100; i++)
 9         {
10             if (tl.get() == null)
11             {
12                 tl.set(new Integer(0));
13             }
14             int sum = ((Integer)tl.get()).intValue();
15             sum+= i;
16             tl.set(new Integer(sum));
17             try {
18                 Thread.sleep(10);
19             } catch (InterruptedException e) {
20                 e.printStackTrace();
21             }
22         }
23         
24         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- The value of sum is " + ((Integer)tl.get()).intValue());
25         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
26     }
27 }
28 
29 
30 private static void sharedVaribleTest4() throws InterruptedException
31 {
32     MyRunner3 runner = new MyRunner3();
33     Thread thread1 = new Thread(runner);
34     Thread thread2 = new Thread(runner);
35     thread1.setDaemon(true);
36     thread2.setDaemon(true);
37     thread1.start();
38     thread2.start();
39     thread1.join();
40     thread2.join();
41 }
Java中处理线程同步

  综上三种方案,第一种方案会降低多线程执行的效率,因此,我们推荐使用第二种或者第三种方案。

2.控制执行步骤

  说到执行步骤,我们可以使用synchronized关键字来解决它。

Java中处理线程同步
Java中处理线程同步
 1 class MySyncRunner implements Runnable
 2 {
 3     public void run() {
 4         synchronized(this)
 5         {
 6             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start.");
 7             for(int i = 1; i <= 5; i++)
 8             {
 9                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Running step " + i);
10                 try
11                 {
12                     Thread.sleep(50);
13                 }
14                 catch(InterruptedException ex)
15                 {
16                     ex.printStackTrace();
17                 }
18             }
19             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
20         }
21     }
22 }
23 
24 
25 private static void syncTest2() throws InterruptedException
26 {
27     MySyncRunner runner = new MySyncRunner();
28     Thread thread1 = new Thread(runner);
29     Thread thread2 = new Thread(runner);
30     thread1.setDaemon(true);
31     thread2.setDaemon(true);
32     thread1.start();
33     thread2.start();
34     thread1.join();
35     thread2.join();
36 }
Java中处理线程同步

  在线程同步的话题上,synchronized是一个非常重要的关键字。它的原理和数据库中事务锁的原理类似。我们在使用过程中,应该尽量缩减synchronized覆盖的范围,原因有二:1)被它覆盖的范围是串行的,效率低;2)容易产生死锁。我们来看下面的示例:

Java中处理线程同步,布布扣,bubuko.com

Java中处理线程同步

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