- 外文名
- thread synchronization
- 类 型
- 理论
- 定 义
- 协同步调,按预定的先后次序进行
- 中文名
- 线程同步
- 应 用
- 物理
-
线程同步
2016-05-14 15:20:51java多线程同步有5中方法: 1)同步方法 : 即有synchronized关键字修饰的方法。 由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此关键字修饰方法时, 内置锁会保护整个方法。在调用该方法前,需要获得内置锁,否则...java多线程同步有5中方法:
1)同步方法 :
即有synchronized关键字修饰的方法。
由于java的每个对象都有一个内置锁,当用此关键字修饰方法时,
内置锁会保护整个方法。在调用该方法前,需要获得内置锁,否则就处于阻塞状态。
2)同步代码块
即有synchronized关键字修饰的语句块。
被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁,从而实现同步
3)使用特殊域变量(volatile)实现线程同步
a.volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制,
b.使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新,
c.因此每次使用该域就要重新计算,而不是使用寄存器中的值
d.volatile不会提供任何原子操作,它也不能用来修饰final类型的变量
4)使用重入锁实现线程同步
在JavaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。
ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁,
它与使用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义,并且扩展了其能力
ReentrantLock类的常用方法有:
ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例
lock() : 获得锁
unlock() : 释放锁
5)使用局部变量实现线程同步
如果使用ThreadLocal管理变量,则每一个使用该变量的线程都获得该变量的副本,
副本之间相互独立,这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本,而不会对其他线程产生影响。
ThreadLocal 类的常用方法:
ThreadLocal() : 创建一个线程本地变量
get() : 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值
initialValue() : 返回此线程局部变量的当前线程的”初始值”
set(T value) : 将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为value
(注:5种方法具体实现将在后面的博客中给出) -
Java多线程04_线程同步问题
2020-08-30 16:25:59Java多线程04_线程同步问题 关键字 synchronized 可以保证在同一时刻,只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块 案例1:不安全的买票 (多个线程访问同一个对象的同一个方法): public class ByTicket { public ...Java多线程04_线程同步问题
关键字 synchronized 可以保证在同一时刻,只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块
案例1:不安全的买票 (多个线程访问同一个对象的同一个方法):
public class ByTicket { public static void main(String[] args) { BuyThread buyThread = new BuyThread(); new Thread(buyThread,"zhangsan").start(); new Thread(buyThread,"lisi").start(); new Thread(buyThread,"wangwu").start(); } }
class BuyThread implements Runnable{ private int ticketNums = 10; boolean flag = true; @Override public void run() { while(flag) { try { buy(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } private void buy() throws InterruptedException { if(ticketNums<=0) { flag = false; return; } Thread.sleep(200); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"买到了"+ ticketNums--); } }
wangwu买到了10 zhangsan买到了8 lisi买到了9 lisi买到了7 wangwu买到了7 zhangsan买到了7 zhangsan买到了6 lisi买到了4 wangwu买到了5 lisi买到了3 wangwu买到了3 zhangsan买到了2 wangwu买到了1 lisi买到了0 zhangsan买到了-1
解决办法:在 buy() 方法上增加 synchronized 修饰,使其成为同步方法
private synchronized void buy() throws InterruptedException { }
zhangsan买到了10 zhangsan买到了9 zhangsan买到了8 wangwu买到了7 wangwu买到了6 wangwu买到了5 lisi买到了4 lisi买到了3 lisi买到了2 lisi买到了1
案例2:不安全的取钱(多个线程操作同一个对象account):
public class Bank { public static void main(String[] args) { Account account = new Account(100,"存款"); DrawMoney blu = new DrawMoney(account,20,"BLU"); DrawMoney gf = new DrawMoney(account,100,"gf"); blu.start(); gf.start(); } } class Account{ int money; String name; public Account(int money, String name) { super(); this.money = money; this.name = name; } } class DrawMoney extends Thread{ Account account; int draw; int nowmoney; public DrawMoney(Account account, int draw, String name) { super(name); this.account = account; this.draw = draw; this.nowmoney = nowmoney; } @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if(account.money-draw<0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"账户余额不足"); return; } account.money = account.money - draw; nowmoney = nowmoney + draw; System.out.println(account.name+"余额为:"+account.money); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"手里的钱:"+nowmoney); } }
存款余额为:80 gf手里的钱:100 存款余额为:80 BLU手里的钱:20
解决办法:使用synchronized (account) {} 对给定对象account加锁,进入同步代码块前要获得给定对象的锁
@Override public void run() { synchronized (account) { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } if(account.money-draw<0) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"账户余额不足"); return; } account.money = account.money - draw; nowmoney = nowmoney + draw; System.out.println(account.name+"余额为:"+account.money); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"手里的钱:"+nowmoney); } }
存款余额为:80 BLU手里的钱:20 gf账户余额不足
案例3:不安全的集合(原因是两个线程可能会在同一瞬间操作了同一位置):
public class UnsafeList { public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<String>(); for(int i=0;i<10000;i++) { new Thread(()->{ list.add(Thread.currentThread().getName()); }).start(); } System.out.println(list.size()); } }
9998
解决办法:锁住 list 对象
import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class UnsafeList { public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<String>(); for(int i=0;i<10000;i++) { new Thread(()->{ synchronized (list) { list.add(Thread.currentThread().getName()); } }).start(); } System.out.println(list.size()); } }
10000
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秒杀多线程第六篇 经典线程同步 事件Event
2012-04-11 09:06:57阅读本篇之前推荐阅读以下姊妹篇:《秒杀多线程第四篇 一个经典的多线程同步问题》《秒杀多线程第五篇 经典线程同步关键段CS》 上一篇中使用关键段来解决经典的多线程同步互斥问题,由于关键段的“线程所有权”特性...阅读本篇之前推荐阅读以下姊妹篇:
上一篇中使用关键段来解决经典的多线程同步互斥问题,由于关键段的“线程所有权”特性所以关键段只能用于线程的互斥而不能用于同步。本篇介绍用事件Event来尝试解决这个线程同步问题。
首先介绍下如何使用事件。事件Event实际上是个内核对象,它的使用非常方便。下面列出一些常用的函数。
第一个 CreateEvent
函数功能:创建事件
函数原型:
HANDLECreateEvent(
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpEventAttributes,
BOOLbManualReset,
BOOLbInitialState,
LPCTSTRlpName
);
函数说明:
第一个参数表示安全控制,一般直接传入NULL。
第二个参数确定事件是手动置位还是自动置位,传入TRUE表示手动置位,传入FALSE表示自动置位。如果为自动置位,则对该事件调用WaitForSingleObject()后会自动调用ResetEvent()使事件变成未触发状态。打个小小比方,手动置位事件相当于教室门,教室门一旦打开(被触发),所以有人都可以进入直到老师去关上教室门(事件变成未触发)。自动置位事件就相当于医院里拍X光的房间门,门打开后只能进入一个人,这个人进去后会将门关上,其它人不能进入除非门重新被打开(事件重新被触发)。
第三个参数表示事件的初始状态,传入TRUR表示已触发。
第四个参数表示事件的名称,传入NULL表示匿名事件。
第二个 OpenEvent
函数功能:根据名称获得一个事件句柄。
函数原型:
HANDLEOpenEvent(
DWORDdwDesiredAccess,
BOOLbInheritHandle,
LPCTSTRlpName //名称
);
函数说明:
第一个参数表示访问权限,对事件一般传入EVENT_ALL_ACCESS。详细解释可以查看MSDN文档。
第二个参数表示事件句柄继承性,一般传入TRUE即可。
第三个参数表示名称,不同进程中的各线程可以通过名称来确保它们访问同一个事件。
第三个SetEvent
函数功能:触发事件
函数原型:BOOLSetEvent(HANDLEhEvent);
函数说明:每次触发后,必有一个或多个处于等待状态下的线程变成可调度状态。
第四个ResetEvent
函数功能:将事件设为末触发
函数原型:BOOLResetEvent(HANDLEhEvent);
最后一个事件的清理与销毁
由于事件是内核对象,因此使用CloseHandle()就可以完成清理与销毁了。
在经典多线程问题中设置一个事件和一个关键段。用事件处理主线程与子线程的同步,用关键段来处理各子线程间的互斥。详见代码:
#include <stdio.h> #include <process.h> #include <windows.h> long g_nNum; unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); const int THREAD_NUM = 10; //事件与关键段 HANDLE g_hThreadEvent; CRITICAL_SECTION g_csThreadCode; int main() { printf(" 经典线程同步 事件Event\n"); printf(" -- by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows ) --\n\n"); //初始化事件和关键段 自动置位,初始无触发的匿名事件 g_hThreadEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL); InitializeCriticalSection(&g_csThreadCode); HANDLE handle[THREAD_NUM]; g_nNum = 0; int i = 0; while (i < THREAD_NUM) { handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL); WaitForSingleObject(g_hThreadEvent, INFINITE); //等待事件被触发 i++; } WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE); //销毁事件和关键段 CloseHandle(g_hThreadEvent); DeleteCriticalSection(&g_csThreadCode); return 0; } unsigned int __stdcall Fun(void *pPM) { int nThreadNum = *(int *)pPM; SetEvent(g_hThreadEvent); //触发事件 Sleep(50);//some work should to do EnterCriticalSection(&g_csThreadCode); g_nNum++; Sleep(0);//some work should to do printf("线程编号为%d 全局资源值为%d\n", nThreadNum, g_nNum); LeaveCriticalSection(&g_csThreadCode); return 0; }
运行结果如下图:
可以看出来,经典线线程同步问题已经圆满的解决了——线程编号的输出没有重复,说明主线程与子线程达到了同步。全局资源的输出是递增的,说明各子线程已经互斥的访问和输出该全局资源。
现在我们知道了如何使用事件,但学习就应该要深入的学习,何况微软给事件还提供了PulseEvent()函数,所以接下来再继续深挖下事件Event,看看它还有什么秘密没。
先来看看这个函数的原形:
第五个PulseEvent
函数功能:将事件触发后立即将事件设置为未触发,相当于触发一个事件脉冲。
函数原型:BOOLPulseEvent(HANDLEhEvent);
函数说明:这是一个不常用的事件函数,此函数相当于SetEvent()后立即调用ResetEvent();此时情况可以分为两种:
1.对于手动置位事件,所有正处于等待状态下线程都变成可调度状态。
2.对于自动置位事件,所有正处于等待状态下线程只有一个变成可调度状态。
此后事件是末触发的。该函数不稳定,因为无法预知在调用PulseEvent ()时哪些线程正处于等待状态。
下面对这个触发一个事件脉冲PulseEvent ()写一个例子,主线程启动7个子线程,其中有5个线程Sleep(10)后对一事件调用等待函数(称为快线程),另有2个线程Sleep(100)后也对该事件调用等待函数(称为慢线程)。主线程启动所有子线程后再Sleep(50)保证有5个快线程都正处于等待状态中。此时若主线程触发一个事件脉冲,那么对于手动置位事件,这5个线程都将顺利执行下去。对于自动置位事件,这5个线程中会有中一个顺利执行下去。而不论手动置位事件还是自动置位事件,那2个慢线程由于Sleep(100)所以会错过事件脉冲,因此慢线程都会进入等待状态而无法顺利执行下去。
代码如下:
//使用PluseEvent()函数 #include <stdio.h> #include <conio.h> #include <process.h> #include <windows.h> HANDLE g_hThreadEvent; //快线程 unsigned int __stdcall FastThreadFun(void *pPM) { Sleep(10); //用这个来保证各线程调用等待函数的次序有一定的随机性 printf("%s 启动\n", (PSTR)pPM); WaitForSingleObject(g_hThreadEvent, INFINITE); printf("%s 等到事件被触发 顺利结束\n", (PSTR)pPM); return 0; } //慢线程 unsigned int __stdcall SlowThreadFun(void *pPM) { Sleep(100); printf("%s 启动\n", (PSTR)pPM); WaitForSingleObject(g_hThreadEvent, INFINITE); printf("%s 等到事件被触发 顺利结束\n", (PSTR)pPM); return 0; } int main() { printf(" 使用PluseEvent()函数\n"); printf(" -- by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows ) --\n\n"); BOOL bManualReset = FALSE; //创建事件 第二个参数手动置位TRUE,自动置位FALSE g_hThreadEvent = CreateEvent(NULL, bManualReset, FALSE, NULL); if (bManualReset == TRUE) printf("当前使用手动置位事件\n"); else printf("当前使用自动置位事件\n"); char szFastThreadName[5][30] = {"快线程1000", "快线程1001", "快线程1002", "快线程1003", "快线程1004"}; char szSlowThreadName[2][30] = {"慢线程196", "慢线程197"}; int i; for (i = 0; i < 5; i++) _beginthreadex(NULL, 0, FastThreadFun, szFastThreadName[i], 0, NULL); for (i = 0; i < 2; i++) _beginthreadex(NULL, 0, SlowThreadFun, szSlowThreadName[i], 0, NULL); Sleep(50); //保证快线程已经全部启动 printf("现在主线程触发一个事件脉冲 - PulseEvent()\n"); PulseEvent(g_hThreadEvent);//调用PulseEvent()就相当于同时调用下面二句 //SetEvent(g_hThreadEvent); //ResetEvent(g_hThreadEvent); Sleep(3000); printf("时间到,主线程结束运行\n"); CloseHandle(g_hThreadEvent); return 0; }
对自动置位事件,运行结果如下:
对手动置位事件,运行结果如下:
最后总结下事件Event
1.事件是内核对象,事件分为手动置位事件和自动置位事件。事件Event内部它包含一个使用计数(所有内核对象都有),一个布尔值表示是手动置位事件还是自动置位事件,另一个布尔值用来表示事件有无触发。
2.事件可以由SetEvent()来触发,由ResetEvent()来设成未触发。还可以由PulseEvent()来发出一个事件脉冲。
3.事件可以解决线程间同步问题,因此也能解决互斥问题。
后面二篇《秒杀多线程第七篇 经典线程同步 互斥量Mutex》和《秒杀多线程第八篇 经典线程同步 信号量Semaphore》将介绍如何使用互斥量和信号量来解决这个经典线程同步问题。欢迎大家继续秒杀多线程之旅。
转载请标明出处,原文地址:http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7445233
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Java线程(二):线程同步synchronized和volatile
2012-04-04 10:49:28要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性,可见性和有序性。多个线程之间是不能直接传递数据交互的,它们之间的交互只能通过共享变量来实现。拿上篇博文中的例子来说明,在多个线程之间共享了Count类的一个...要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性,可见性和有序性。多个线程之间是不能直接传递数据交互的,它们之间的交互只能通过共享变量来实现。拿上篇博文中的例子来说明,在多个线程之间共享了Count类的一个对象,这个对象是被创建在主内存(堆内存)中,每个线程都有自己的工作内存(线程栈),工作内存存储了主内存Count对象的一个副本,当线程操作Count对象时,首先从主内存复制Count对象到工作内存中,然后执行代码count.increment(),改变了num值,最后用工作内存Count刷新主内存Count。当一个对象在多个内存中都存在副本时,如果一个内存修改了共享变量,其它线程也应该能够看到被修改后的值,此为可见性。多个线程执行时,CPU对线程的调度是随机的,我们不知道当前程序被执行到哪步就切换到了下一个线程,一个最经典的例子就是银行汇款问题,一个银行账户存款100,这时一个人从该账户取10元,同时另一个人向该账户汇10元,那么余额应该还是100。那么此时可能发生这种情况,A线程负责取款,B线程负责汇款,A从主内存读到100,B从主内存读到100,A执行减10操作,并将数据刷新到主内存,这时主内存数据100-10=90,而B内存执行加10操作,并将数据刷新到主内存,最后主内存数据100+10=110,显然这是一个严重的问题,我们要保证A线程和B线程有序执行,先取款后汇款或者先汇款后取款,此为有序性。本文讲述了JDK5.0之前传统线程的同步方式,更高级的同步方式可参见Java线程(八):锁对象Lock-同步问题更完美的处理方式。
下面同样用代码来展示一下线程同步问题。
TraditionalThreadSynchronized.java:创建两个线程,执行同一个对象的输出方法。
public class TraditionalThreadSynchronized { public static void main(String[] args) { final Outputter output = new Outputter(); new Thread() { public void run() { output.output("zhangsan"); } }.start(); new Thread() { public void run() { output.output("lisi"); } }.start(); } } class Outputter { public void output(String name) { // TODO 为了保证对name的输出不是一个原子操作,这里逐个输出name的每个字符 for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); // Thread.sleep(10); } } }
运行结果:
zhlainsigsan
显然输出的字符串被打乱了,我们期望的输出结果是zhangsanlisi,这就是线程同步问题,我们希望output方法被一个线程完整的执行完之后再切换到下一个线程,Java中使用synchronized保证一段代码在多线程执行时是互斥的,有两种用法:
1. 使用synchronized将需要互斥的代码包含起来,并上一把锁。
{ synchronized (this) { for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); } } }
这把锁必须是需要互斥的多个线程间的共享对象,像下面的代码是没有意义的。
{ Object lock = new Object(); synchronized (lock) { for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); } } }
每次进入output方法都会创建一个新的lock,这个锁显然每个线程都会创建,没有意义。
2. 将synchronized加在需要互斥的方法上。
public synchronized void output(String name) { // TODO 线程输出方法 for(int i = 0; i < name.length(); i++) { System.out.print(name.charAt(i)); } }
这种方式就相当于用this锁住整个方法内的代码块,如果用synchronized加在静态方法上,就相当于用××××.class锁住整个方法内的代码块。使用synchronized在某些情况下会造成死锁,死锁问题以后会说明。使用synchronized修饰的方法或者代码块可以看成是一个原子操作。
每个锁对象(JLS中叫monitor)都有两个队列,一个是就绪队列,一个是阻塞队列,就绪队列存储了将要获得锁的线程,阻塞队列存储了被阻塞的线程,当一个线程被唤醒(notify)后,才会进入到就绪队列,等待CPU的调度,反之,当一个线程被wait后,就会进入阻塞队列,等待下一次被唤醒,这个涉及到线程间的通信,下一篇博文会说明。看我们的例子,当第一个线程执行输出方法时,获得同步锁,执行输出方法,恰好此时第二个线程也要执行输出方法,但发现同步锁没有被释放,第二个线程就会进入就绪队列,等待锁被释放。一个线程执行互斥代码过程如下:
1. 获得同步锁;
2. 清空工作内存;
3. 从主内存拷贝对象副本到工作内存;
4. 执行代码(计算或者输出等);
5. 刷新主内存数据;
6. 释放同步锁。
所以,synchronized既保证了多线程的并发有序性,又保证了多线程的内存可见性。
volatile是第二种Java多线程同步的机制,根据JLS(Java LanguageSpecifications)的说法,一个变量可以被volatile修饰,在这种情况下内存模型(主内存和线程工作内存)确保所有线程可以看到一致的变量值,来看一段代码:
class Test { static int i = 0, j = 0; static void one() { i++; j++; } static void two() { System.out.println("i=" + i + " j=" + j); } }
一些线程执行one方法,另一些线程执行two方法,two方法有可能打印出j比i大的值,按照之前分析的线程执行过程分析一下:
1. 将变量i从主内存拷贝到工作内存;
2. 改变i的值;
3. 刷新主内存数据;
4. 将变量j从主内存拷贝到工作内存;
5. 改变j的值;
6. 刷新主内存数据;
这个时候执行two方法的线程先读取了主存i原来的值又读取了j改变后的值,这就导致了程序的输出不是我们预期的结果,要阻止这种不合理的行为的一种方式是在one方法和two方法前面加上synchronized修饰符:
class Test { static int i = 0, j = 0; static synchronized void one() { i++; j++; } static synchronized void two() { System.out.println("i=" + i + " j=" + j); } }
根据前面的分析,我们可以知道,这时one方法和two方法再也不会并发的执行了,i和j的值在主内存中会一直保持一致,并且two方法输出的也是一致的。另一种同步的机制是在共享变量之前加上volatile:
class Test { static volatile int i = 0, j = 0; static void one() { i++; j++; } static void two() { System.out.println("i=" + i + " j=" + j); } }
one方法和two方法还会并发的去执行,但是加上volatile可以将共享变量i和j的改变直接响应到主内存中,这样保证了主内存中i和j的值一致性,然而在执行two方法时,在two方法获取到i的值和获取到j的值中间的这段时间,one方法也许被执行了好多次,导致j的值会大于i的值。所以volatile可以保证内存可见性,不能保证并发有序性。
没有明白JLS中为什么使用两个变量来阐述volatile的工作原理,这样不是很好理解。volatile是一种弱的同步手段,相对于synchronized来说,某些情况下使用,可能效率更高,因为它不是阻塞的,尤其是读操作时,加与不加貌似没有影响,处理写操作的时候,可能消耗的性能更多些。但是volatile和synchronized性能的比较,我也说不太准,多线程本身就是比较玄的东西,依赖于CPU时间分片的调度,JVM更玄,还没有研究过虚拟机,从顶层往底层看往往是比较难看透的。在JDK5.0之前,如果没有参透volatile的使用场景,还是不要使用了,尽量用synchronized来处理同步问题,线程阻塞这玩意简单粗暴。另外volatile和final不能同时修饰一个字段,可以想想为什么。
本文来自:高爽|Coder,原文地址:http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7424694,转载请注明。
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2016-07-23 15:50:37线程不安全的产生和线程同步,volatile的使用仍然留有疑问