這期內(nèi)容當中小編將會給大家?guī)碛嘘P在java項目中如何實現(xiàn)同步線程，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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java 線程同步

概要：

為了加快代碼的運行速度，我們采用了多線程的方法。并行的執(zhí)行確實讓代碼變得更加高效，但隨之而來的問題是，有很多個線程在程序中同時運行，如果它們同時的去修改一個對象，很可能會造成訛誤的情況，這個時候我們需要用一種同步的機制來管理這些線程。

（一）競爭條件

記得操作系統(tǒng)中，讓我印象很深的有一張圖。上面畫的是一塊塊進程，在這些進程里面分了幾個線程，所有這些線程齊刷刷統(tǒng)一的指向進程的資源。Java中也是如此，資源會在線程間共享而不是每個線程都有一份獨立的資源。在這種共享的情況下，很有可能有多個線程同時在訪問一個資源，這種現(xiàn)象我們叫做競爭條件。

在一個銀行系統(tǒng)中，每個線程分別管理一個賬戶，這些線程可能會進行轉(zhuǎn)賬的操作。
在一個線程進行操作的時候，他首先，會把賬戶余額存放到寄存器中，第二步，它將寄存器中的數(shù)字減少要轉(zhuǎn)出的錢數(shù)，第三步，它將結果寫回余額中。
問題在于，這個線程在執(zhí)行完1、2步時，另外一個線程被喚醒并且修改了第一個線程的賬戶余額值，但是這個時候第一個線程并不知情。第一個線程等待第二個線程執(zhí)行完畢后，繼續(xù)他的第三步：將結果寫回余額中。這個時候，它把第二個線程的操作刷掉了，所以整個的系統(tǒng)的總錢數(shù)肯定會發(fā)成錯誤。
這就是java競爭條件發(fā)生的不良情況。

（二）ReentrantLock類

上面的例子告訴我們，如果我們的操作不是原子操作，被打斷是肯定會發(fā)生的，即使有的時候概率真的非常小，但是也并不能排除這種情況。我們不能把我們的代碼變成像操作系統(tǒng)中的原子操作，我們能做的是為我們的代碼上鎖來保證安全性。在并發(fā)程序中，如果我們想要訪問數(shù)據(jù)，在這之前我們先給我們的代碼套一個鎖，在我們使用鎖的期間，我們的代碼中涉及的資源就像是被”鎖上了“一樣，不能被其他的線程訪問，知道我們打開這個鎖。

在java中，synchronized關鍵字和ReentrantLock類都有這種鎖的功能。我們在這里首先一起來討論一下ReentrantLcok的功能。

1.ReentrantLock構造器

在這個類中，提供了兩個構造器，一個是默認構造器，沒什么好說的，一個是帶有公平策略的構造器。這個公平策略首先他比正常的鎖要慢很多，其次在有的情況下他并不是真正公平的。而且如果我們沒有特殊的理由真的需要公平策略的時候，盡量不要去研究這個策略。

2.獲取與釋放

ReentrantLock myLock = new ReentrantLock();
//創(chuàng)建對象
myLock.lock();
//獲取鎖
try{
...
}
finally{
myLock.unlock();
//釋放鎖
}

一定要記得在finally中釋放鎖??！我們之前說過，未檢查的錯誤會導致線程的終止。莫名其妙的終止會讓程序停止向下運行，如果不把釋放放在finally中，這個鎖將一直得不到釋放。這種道理和我們在平時框架中用包后.close()是一個道理。說到close，值得一提的，當我們使用鎖的時候，我們不能使用“帶有資源的try語句”，因為這個鎖并不是用close來關閉的。如果你不知道帶有資源的try語句是什么，那就當我沒說這句話吧。

3.鎖具有可重入性

如果你要在遞歸或者循環(huán)程序中使用鎖，那么就放心的用吧。ReentrantLock鎖具有可重入性，他會在每次調(diào)用lock（）的時候維護一個計數(shù)記錄著被調(diào)用的次數(shù)，在每一次的lock調(diào)用都必須要用unlock來釋放。

（三）條件對象

通常，線程在上了鎖進入臨界區(qū)之后發(fā)現(xiàn)了一個問題，他們所需要的資源，在別的對象中被使用或者并不滿足他們能執(zhí)行的條件，這個時候我們需要用一個條件對象來管理這些得到了一個鎖，但是不能做有用工作的線程。

if(a>b){
  a.set(b-1);
}

1.”自己困住了自己“

上面是一個很簡單的條件判斷，但是我們在并發(fā)程序中不能這樣寫。存在的問題是，如果在這個線程剛剛做完判斷之后，另外一個線程被喚醒，并且另外一個線程在操作之后使得a小于b（if語句中的條件已經(jīng)不再正確）。

那么這個時候我們可能想到，我們把整個if語句直接放在鎖里面，確保自己的代碼不會被打斷。但是這樣又存在一個問題，如果if判斷是false，那么if中的語句不會被執(zhí)行。但是如果我們需要去執(zhí)行if中的語句，甚至我們要一直等待if判斷變的正確之后去執(zhí)行if中的語句，這時，我們突然發(fā)現(xiàn)，if語句再也不會變得正確了，因為我們的鎖把這個線程鎖死，其他的線程沒辦法訪問臨界區(qū)并修改a和b的值讓if判斷變得正確，這真的是非常尷尬，我們自己的鎖把我們自己困住了，我們出不去，別人進不來。

2.Condition類

為了解決這種情況，我們用ReentrantLock類中的newCondition方法來獲取一個條件對象。

Condition cd = myLock.newCondition();

獲取了Condition對象之后，我們就應該來研究這個對象有什么方法和作用了。先不急于看API，我們回到主題發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在亟待解決的就是if條件判斷的問題，我們?nèi)绾尾拍埽?strong>在已經(jīng)上鎖的情況下，發(fā)現(xiàn)if判斷錯誤時，給其他線程機會并自己一直等著if判斷變回正確。

Condition類就是為了解決這個難題而生的，有了Condition類之后，我們在if語句下面直接跟上await方法，這個方法表示這個線程被阻塞，并放棄了鎖，等其他的線程來操作。

注意在這里我們用的名詞是阻塞，我們之前也說過阻塞和等待有很大不同：等待獲得鎖時，一旦鎖有了空閑，他可以自動的去獲得鎖，而阻塞獲得鎖時，即使有空閑的鎖，也要等待線程調(diào)度器允許他去持有鎖的時候才能獲得鎖。

其他的線程在順利執(zhí)行if語句內(nèi)容之后，要去調(diào)用signalAll方法，這個方法將會重新去激活所有的因為這個條件被阻塞的線程，讓這些線程重新獲得機會，這些線程被允許從被阻塞的地方繼續(xù)進行。此時，線程應該再次測試該條件，如果還是不能滿足條件，需要再次重復上述操作。

ReentrantLock myLock = new ReentrantLock();
//創(chuàng)建鎖對象
myLock.lock();
//給下面的臨界區(qū)上鎖

Condition cd = myLock.newCondition();
//創(chuàng)建一個Condition對象，這個cd對象表示條件對象

while(!(a>b))
  cd.await();
//上面的while循環(huán)和await方法調(diào)用是標準寫法
//如果不能滿足if的條件，那么他將進入阻塞狀態(tài)，放棄鎖，等待別人去激活它

a.set(b-1);
//一直等到從while循環(huán)出來，滿足了判斷的條件，我們執(zhí)行自己的功能

cd.signalAll();
//最后一定不能忘記調(diào)用signalAll方法去激活其他的被阻塞的線程
//如果所有的線程都在等待其他線程signalAll，則進入死鎖

非常不妙的，如果所有的線程都在等待其他線程signalAll，則進入死鎖的狀態(tài)。死鎖狀態(tài)是指所有的線程需要的資源都被其他的線程形成環(huán)狀結構而導致誰都不能執(zhí)行的情況。最后調(diào)用signalAll方法激活其他因為cd而阻塞的“兄弟”是必須的，方便你我他，減少死鎖的發(fā)生。

3.Condition對象和鎖總結

總結來說，Condition對象和鎖有這樣幾個特點。

1. 鎖可以用來保護代碼片段，任何時刻只能有一個線程進入被保護的區(qū)域
2. 鎖可以管理試圖進入臨界區(qū)的線程
3. 鎖可以擁有一個或多個條件對象
4. 每個條件對象管理那些因為前面所描述的原因而不能被執(zhí)行但已經(jīng)進入被保護代碼段的線程
    

（四）synchronized關鍵字

我們上面介紹的ReentrantLock和Condition對象是一種用來保護代碼片段的方法，在java中還有另外一種機制：通過使用關鍵字synchronized來修飾方法，從而給方法添加一個內(nèi)部鎖。從版本開始，java的每一個對象都有一個內(nèi)部鎖，每個內(nèi)部鎖會保護那些被synchronized修飾的方法。也就是說，如果想調(diào)用這個方法，首先要獲得內(nèi)部的對象鎖。

1.synchronized與ReentrantLock比較

我們先拿出上面的代碼：

public void function(){
  ReentrantLock myLock = new ReentrantLock();
  myLock.lock();

  Condition cd = myLock.newCondition();

  while(!(a>b))
    cd.await();

  a.set(b-1);

  cd.signalAll();
}

如果我們用synchronized來實現(xiàn)這段代碼，將會變成下面的樣子：

public synchronized void function(){
  while(!(a>b))
    wait();

  a.set(b-1);

  notifyAll();
}

需要我們注意的是，在使用synchronized關鍵詞時，無需再去用ReentrantLock和Condition對象，我們用wait方法替換了await方法，notifyAll方法替換了signalAll方法。這樣寫確實比之前的簡單了很多。

2.靜態(tài)方法的synchronized

將靜態(tài)方法聲明為synchronized也是合法的。如果調(diào)用這種方法，將會獲取相關的類對象的內(nèi)部鎖。比如我們調(diào)用Test類中的靜態(tài)方法，這時，Test.class對象的鎖將被鎖住。

3.內(nèi)部鎖和條件的局限性

內(nèi)部鎖雖然簡便，但是他存在著很多限制：

1. 不能中斷一個正在試圖獲得鎖的線程
2. 試圖獲得鎖時不能設定超時
3. 因為不能通過Condition來實例化條件。每個鎖僅有單一的條件，可能是不夠的
      在代碼中應該使用這兩種鎖中的哪一種呢？Lock和Condition對象還是同步方法？在core java一書中有一些建議：

1. 最好既不使用ReentrantLock也不使用synchronized關鍵詞。在許多情況下你可以使用java.util.concurrent包
2. 如果synchronized符合你的代碼需要，請優(yōu)先使用它
3. 直到如果特別需要ReentrantLcok，再去使用它

上述就是小編為大家分享的在java項目中如何實現(xiàn)同步線程了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。