Java線程同步方法實例總結

更新時間：2018年08月27日 11:08:28 作者：喜歡特別冷的冬天下著雪

這篇文章主要介紹了Java線程同步方法,結合實例形式總結分析了Java線程同步、并發(fā)控制相關實現方法及操作注意事項,需要的朋友可以參考下

本文實例講述了Java線程同步方法。分享給大家供大家參考，具體如下：

1. Semaphore

1.1 二進制Semaphore

Semaphore算是比較高級點的線程同步工具了，在許多其他語言里也有類似的實現。Semaphore有一個最大的好處就是在初始化時，可以顯式的控制并發(fā)數。其內部維護這一個c計數器，當計數器小于等于0時，是不允許其他線程訪問并發(fā)區(qū)域的，反之則可以，因此，若將并發(fā)數設置為1，則可以確保單一線程同步。下面的例子模擬多線程打印，每個線程提交打印申請，然后執(zhí)行打印，最后宣布打印結束，代碼如下：

import java.util.concurrent.Semaphore;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        PrintQueue p=new PrintQueue();
        Thread[] ths=new Thread[10];
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i]=new Thread(new Job(p),"Thread"+i);
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i].start();
        }
    }
}
class PrintQueue{
    private Semaphore s;
    public PrintQueue(){
        s=new Semaphore(1);//二進制信號量
    }
    public void printJob(Object document){
        try{
            s.acquire();
            long duration=(long)(Math.random()*100);
            System.out.printf("線程名：%s 睡眠：%d",Thread.currentThread().getName(),duration);
            Thread.sleep(duration);
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            s.release();
        }
    }
}
class Job implements Runnable{
    private PrintQueue p;
    public Job(PrintQueue p){
        this.p=p;
    }
    @Override
    public void run(){
        System.out.printf("%s:正在打印一個任務\n ",Thread.currentThread().getName());
        this.p.printJob(new Object());
        System.out.printf("%s:文件已打印完畢\n ",Thread.currentThread().getName());
    }
}

執(zhí)行結果如下：

Thread0:正在打印一個任務
Thread9:正在打印一個任務
Thread8:正在打印一個任務
Thread7:正在打印一個任務
Thread6:正在打印一個任務
Thread5:正在打印一個任務
Thread4:正在打印一個任務
Thread3:正在打印一個任務
Thread2:正在打印一個任務
Thread1:正在打印一個任務
線程名：Thread0 睡眠：32 Thread0:文件已打印完畢
線程名：Thread9 睡眠：44 Thread9:文件已打印完畢
線程名：Thread8 睡眠：45 Thread8:文件已打印完畢
線程名：Thread7 睡眠：65 Thread7:文件已打印完畢
線程名：Thread6 睡眠：12 Thread6:文件已打印完畢
線程名：Thread5 睡眠：72 Thread5:文件已打印完畢
線程名：Thread4 睡眠：98 Thread4:文件已打印完畢
線程名：Thread3 睡眠：58 Thread3:文件已打印完畢
線程名：Thread2 睡眠：24 Thread2:文件已打印完畢
線程名：Thread1 睡眠：93 Thread1:文件已打印完畢

可以看到，所有線程提交打印申請后，按照并發(fā)順序一次執(zhí)行，沒有任何并發(fā)沖突，誰先獲得信號量，誰就先執(zhí)行，其他剩余線程均等待。這里面還有一個公平信號與非公平信號之說：基本上java所有的多線程工具都支持初始化的時候指定一個布爾變量，true時表明公平，即所有處于等待的線程被篩選的條件為“誰等的時間長就選誰進行執(zhí)行”，有點first in first out的感覺，而false時則表明不公平（默認是不non-fairness），即所有處于等待的線程被篩選執(zhí)行是隨機的。這也就是為什么多線程往往執(zhí)行順序比較混亂的原因。

1.2 多重并發(fā)控制

若將上面的代碼改為s=new Semaphore(3);//即讓其每次可以并發(fā)3條線程，則輸出如下：

Thread0:正在打印一個任務
Thread9:正在打印一個任務
Thread8:正在打印一個任務
Thread7:正在打印一個任務
Thread6:正在打印一個任務
Thread5:正在打印一個任務
Thread3:正在打印一個任務
Thread4:正在打印一個任務
Thread2:正在打印一個任務
Thread1:正在打印一個任務
線程名：Thread9 睡眠：26線程名：Thread8 睡眠：46線程名：Thread0 睡眠：79 Thread9:文件已打印完畢
線程名：Thread7 睡眠：35 Thread8:文件已打印完畢
線程名：Thread6 睡眠：90 Thread7:文件已打印完畢
線程名：Thread5 睡眠：40 Thread0:文件已打印完畢
線程名：Thread3 睡眠：84 Thread5:文件已打印完畢
線程名：Thread4 睡眠：13 Thread4:文件已打印完畢
線程名：Thread2 睡眠：77 Thread6:文件已打印完畢
線程名：Thread1 睡眠：12 Thread1:文件已打印完畢
Thread3:文件已打印完畢
Thread2:文件已打印完畢

很明顯已經并發(fā)沖突了。若要實現分組（每組3個）并發(fā)嗎，則每一組也要進行同步，代碼修改如下：

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        PrintQueue p=new PrintQueue();
        Thread[] ths=new Thread[10];
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i]=new Thread(new Job(p),"Thread"+i);
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            ths[i].start();
        }
    }
}
class PrintQueue{
    private Semaphore s;
    private boolean[] freePrinters;
    private Lock lock;
    public PrintQueue(){
        s=new Semaphore(3);//二進制信號量
        freePrinters=new boolean[3];
        for(int i=0;i<3;i++){
            freePrinters[i]=true;
        }
        lock=new ReentrantLock();
    }
    public void printJob(Object document){
        try{
            s.acquire();
            int printerIndex=getIndex();
                long duration=(long)(Math.random()*100);
                System.out.printf("線程名：%s 睡眠：%d\n",Thread.currentThread().getName(),duration);
                Thread.sleep(duration);
                freePrinters[printerIndex]=true;//恢復信號，供下次使用
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            s.release();
        }
    }
    //返回一個內部分組后的同步索引
    public int getIndex(){
        int index=-1;
        try{
            lock.lock();
            for(int i=0;i<freePrinters.length;i++){
                if(freePrinters[i]){
                    freePrinters[i]=false;
                    index=i;
                    break;
                }
            }
     }
     catch(Exception e){
         e.printStackTrace();
     }
     finally{
         lock.unlock();
     }
     return index;
    }
}
class Job implements Runnable{
    private PrintQueue p;
    public Job(PrintQueue p){
        this.p=p;
    }
    @Override
    public void run(){
        System.out.printf("%s:正在打印一個任務\n ",Thread.currentThread().getName());
        this.p.printJob(new Object());
        System.out.printf(" %s:文件已打印完畢\n ",Thread.currentThread().getName());
    }
}

其中getIndex()方法主要為了維護內部分組后（支持并發(fā)3個）組內數據的同步（用lock來同步）。

輸出如下：

Thread0:正在打印一個任務
Thread9:正在打印一個任務
Thread8:正在打印一個任務
Thread7:正在打印一個任務
Thread6:正在打印一個任務
Thread5:正在打印一個任務
Thread4:正在打印一個任務
Thread3:正在打印一個任務
Thread2:正在打印一個任務
Thread1:正在打印一個任務
線程名：Thread0 睡眠：82 打印機：0號
線程名：Thread8 睡眠：61 打印機：2號
線程名：Thread9 睡眠：19 打印機：1號
Thread9:文件已打印完畢
線程名：Thread7 睡眠：82 打印機：1號
Thread8:文件已打印完畢
線程名：Thread6 睡眠：26 打印機：2號
Thread0:文件已打印完畢
線程名：Thread5 睡眠：31 打印機：0號
Thread6:文件已打印完畢
線程名：Thread4 睡眠：44 打印機：2號
Thread7:文件已打印完畢
線程名：Thread3 睡眠：54 打印機：1號
Thread5:文件已打印完畢
線程名：Thread2 睡眠：48 打印機：0號
Thread4:文件已打印完畢
線程名：Thread1 睡眠：34 打印機：2號
Thread3:文件已打印完畢
Thread2:文件已打印完畢
Thread1:文件已打印完畢

2. CountDownLatch

CountDownLatch同樣也是支持多任務并發(fā)的一個工具。它主要用于“等待多個并發(fā)事件”，它內部也有一個計數器，當調用await()方法時，線程處于等待狀態(tài)，只有當內部計數器為0時才繼續(xù)(countDown()方法來減少計數)，也就說，假若有一個需求是這樣的：主線程等待所有子線程都到達某一條件時才執(zhí)行，那么只需要主線程await，然后在啟動每個子線程的時候進行countDown操作。下面模擬了一個開會的例子，只有當所有人員都到齊了，會議才能開始。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        //開啟可容納10人的會議室
        VideoConference v=new VideoConference(10);
        new Thread(v).start();
        //參與人員陸續(xù)進場
        for(int i=0;i<10;i++){
            Participant p=new Participant(i+"號人員",v);
            new Thread(p).start();
        }
    }
}
class VideoConference implements Runnable{
    private CountDownLatch controller;
    public VideoConference(int num){
        controller=new CountDownLatch(num);
    }
    public void arrive(String name){
        System.out.printf("%s 已經到達！\n",name);
        controller.countDown();
        System.out.printf("還需要等 %d 個成員！\n",controller.getCount());
    }
    @Override
    public void run(){
        try{
            System.out.printf("會議正在初始化...!\n");
            controller.await();
            System.out.printf("所有人都到齊了，開會吧!\n");
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
class Participant implements Runnable{
    private VideoConference conference;
    private String name;
    public Participant(String name,VideoConference conference){
        this.name=name;
        this.conference=conference;
    }
    @Override
    public void run(){
        long duration=(long)(Math.random()*100);
        try{
            Thread.sleep(duration);
            conference.arrive(this.name);
     }
     catch(InterruptedException e){
     }
    }
}

輸出：

會議正在初始化...!
0號人員已經到達！
還需要等 9 個成員！
1號人員已經到達！
還需要等 8 個成員！
9號人員已經到達！
還需要等 7 個成員！
4號人員已經到達！
還需要等 6 個成員！
8號人員已經到達！
還需要等 5 個成員！
5號人員已經到達！
還需要等 4 個成員！
6號人員已經到達！
還需要等 3 個成員！
3號人員已經到達！
還需要等 2 個成員！
7號人員已經到達！
還需要等 1 個成員！
2號人員已經到達！
還需要等 0 個成員！
所有人都到齊了，開會吧!

3. Phaser

import java.util.concurrent.Phaser;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.io.File;
import java.util.Date;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        Phaser phaser=new Phaser(3);
        FileSearch system=new FileSearch("C:\\Windows", "log",phaser);
        FileSearch apps=new FileSearch("C:\\Program Files","log",phaser);
        FileSearch documents=new FileSearch("C:\\Documents And Settings","log",phaser);
        Thread systemThread=new Thread(system,"System");
        systemThread.start();
        Thread appsThread=new Thread(apps,"Apps");
        appsThread.start();
        Thread documentsThread=new Thread(documents, "Documents");
        documentsThread.start();
        try {
            systemThread.join();
            appsThread.join();
            documentsThread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Terminated: "+ phaser.isTerminated());
    }
}
class FileSearch implements Runnable{
    private String initPath;
    private String end;
    private List<String> results;
    private Phaser phaser;
    public FileSearch(String initPath,String end,Phaser phaser){
        this.initPath=initPath;
        this.end=end;
        this.results=new ArrayList<String>();
        this.phaser=phaser;
    }
    private void directoryProcess(File file){
        File[] files=file.listFiles();
        if(files!=null){
            for(int i=0;i<files.length;i++){
                if(files[i].isDirectory()){
                    directoryProcess(files[i]);
                }
                else{
                    fileProcess(files[i]);
                }
            }
        }
    }
    private void fileProcess(File file){
        if(file.getName().endsWith(end)){
            results.add(file.getAbsolutePath());
        }
    }
    private void filterResults(){
        List<String> newResults=new ArrayList<String>();
        long actualDate=new Date().getTime();
        for(int i=0;i<results.size();i++){
            File file=new File(results.get(i));
            long fileDate=file.lastModified();
            if(actualDate-fileDate<TimeUnit.MILLISECONDS.convert(1,TimeUnit.DAYS)){
                newResults.add(results.get(i));
            }
        }
        results=newResults;
    }
    private boolean checkResults(){
        if(results.isEmpty()){
            System.out.printf("%s: Phase %d: 0 results.\n",Thread.currentThread().getName(),phaser.getPhase());
            System.out.printf("%s: Phase %d: End.\n",Thread.currentThread().getName(),phaser.getPhase());
            phaser.arriveAndDeregister();
        }
        else{
            System.out.printf("%s: Phase %d: %d results.\n",Thread.currentThread().getName(),phaser.getPhase(),results.size());
             phaser.arriveAndAwaitAdvance();
            return true;
        }
    }
    private void showInfo() {
        for (int i=0; i<results.size(); i++){
            File file=new File(results.get(i));
            System.out.printf("%s: %s\n",Thread.currentThread().getName(),file.getAbsolutePath());
        }
        phaser.arriveAndAwaitAdvance();
    }
    @Override
    public void run(){
        File file=new File(initPath);
        if(file.isDirectory()){
            directoryProcess(file);
        }
        if(!checkResults()){
            return;
        }
        filterResults();
        if(!checkResults()){
            return;
        }
        showInfo();
        phaser.arriveAndDeregister();
        System.out.printf("%s: Work completed.\n",Thread.currentThread().getName());
    }
}

運行結果：