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[Java教程]传统线程互斥和同步通信


传统的线程互斥和同步通信是通过synchronized关键字和wait()、notify()方法来实现的。

首先介绍下synchronized关键字。

synchronized 关键字,它包括两种用法:synchronized 方法和 synchronized 块。  
1. synchronized 方法:通过在方法声明中加入 synchronized关键字来声明 synchronized 方法。如:  

public synchronized void accessVal(int newVal); 

synchronized 方法控制对类成员变量的访问:每个类实例对应一把锁,每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行,否则所属线程阻塞,方法一旦执行,就独占该锁,直到从该方法返回时才将锁释放,此后被阻塞的线程方能获得该锁,重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例,其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态(因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁),从而有效避免了类成员变量的访问冲突(只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized)。  

在 Java 中,不光是类实例,每一个类也对应一把锁,这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ,以控制其对类的静态成员变量的访问。  synchronized 方法的缺陷:若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率,典型地,若将线程类的方法 run() 声明为synchronized ,由于在线程的整个生命期内它一直在运行,因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中,将其声明为 synchronized ,并在主方法中调用来解决这一问题,但是 Java 为我们提供了更好的解决办法,那就是 synchronized 块。  

2. synchronized 块:通过 synchronized关键字来声明synchronized 块。语法如下:  

1 synchronized(syncObject) { 2 //允许访问控制的代码 3 } 

synchronized 块是这样一个代码块,其中的代码必须获得对象 syncObject (如前所述,可以是类实例或类)的锁方能执行,具体机制同前所述。由于可以针对任意代码块,且可任意指定上锁的对象,故灵活性较高。  

注意:在Java中使用synchronized块可以减少对资源的锁定时间,适当的提高系统性能。syncronized锁定的对象要保证是同一个对象,不然不能实现互斥的效果。对入静态方法的互斥,要锁定类的字节码对象,即类名.class。

举例如下:

 1 public class TraditionalSynchronized { 2   public static void main(String[] args) { 3     final Outputer outputer = new Outputer(); 4     new Thread(new Runnable() { 5       @Override 6       public void run() { 7         while(true){ 8           outputer.outputer("love"); 9         }10       }11     }).start();12     new Thread(new Runnable() {13       @Override14       public void run() {15         while(true){16           Outputer.outputer3("hite");17         }18       }19     }).start();20     21   }22 }23 //打印字符串24 class Outputer{25   public void outputer(String name){26     int len = name.length();27     synchronized (Outputer.class) {28     for (int i = 0; i < len; i++) {29         System.out.print(name.charAt(i));30       }31     System.out.println();32     }33     34   }35   public synchronized void outputer2(String name){36     int len = name.length();37     for (int i = 0; i < len; i++) {38         System.out.print(name.charAt(i));39     }40     System.out.println();41   }42   public static synchronized void outputer3(String name){43     int len = name.length();44     for (int i = 0; i < len; i++) {45         System.out.print(name.charAt(i));46     }47     System.out.println();48   }49 }

线程的同步通信是通过Object的wait()和notify()方法来实现的。wait():当前线程必须拥有此对象监视器。该线程发布对此监视器的所有权并等待,直到其他线程通过调用 notify 方法,或 notifyAll 方法通知在此对象的监视器上等待的线程醒来。然后该线程将等到重新获得对监视器的所有权后才能继续执行。notify():唤醒在此对象监视器上等待的单个线程。如果所有线程都在此对象上等待,则会选择唤醒其中一个线程。选择是任意性的,并在对实现做出决定时发生。线程通过调用其中一个 wait 方法,在对象的监视器上等待。

现在以:实现子线程循环10次,然后主线程循环100次,然后子线程再次循环10次,然后主线程再次循环100次。如此往复50次。这个例子结合线程互斥和线程通信,来加深印象。

 1 public class TraditionalCommunication { 2   public static void main(String[] args) { 3     final Business business = new Business(); 4     new Thread(new Runnable() { 5       @Override 6       public void run() { 7         for (int i = 0; i < 50; i++) { 8           business.sub(i); 9         }10       }11     }).start();12     new Thread(new Runnable() {13       @Override14       public void run() {15         for (int i = 0; i < 50; i++) {16           business.main(i);17         }18       }19     }).start();20   }21 }22 23 /**24  * 在解决多线程问题是,尽量将线程同步放在类的内部解决,而不是在多线程中进行同步,这样可以简化程序25  * @author luchao26  *27 */28 class Business{29   private boolean isSubRun = true;30   public synchronized void sub(int n){31     while(!isSubRun){//这里可以使用if,但是一些程序存在“假唤醒”状态,使用while来多加一次判断,避免“假唤醒”状态32       try {33         this.wait();34       } catch (InterruptedException e) {35         e.printStackTrace();36       }37     }38     for (int i = 0; i < 10; i++) {39       System.out.println("sub: "+i+" loop of: "+n);40     }41     isSubRun = false;42     this.notify();//唤醒主线程43   }44   public synchronized void main(int n){45     while(isSubRun){46       try {47         this.wait();48       } catch (InterruptedException e) {49         e.printStackTrace();50       }51     }52     for (int i = 0; i < 100; i++) {53       System.out.println("main: "+i+" loop of: "+n);54     }55     isSubRun = true;56     this.notify();//唤醒子线程57   }58 }

通过上面例子做出如下总结:在做多线程编程是,尽量将线程同步放在类的内部完成,而不是通过线程来进行同步,这样可以简化编程难度。在synchronized方法内部通过while()增加一次判断,增加程序的严谨性。因为,在没有被通知、中断或超时的情况下,线程还可以唤醒一个所谓的虚假唤醒。