Java線程同步方法實例總結

2024-07-14 08:42:10

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供稿：網友

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區域的，反之則可以，因此，若將并發數設置為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，按照并發順序一次執行，沒有任何并發沖突，誰先獲得信號量，誰就先執行，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行是隨機的。這也就是為什么多線程往往執行順序比較混亂的原因。

1.2 多重并發控制

若將上面的代碼改為s=new Semaphore(3);//即讓其每次可以并發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

很明顯已經并發沖突了。若要實現分組（每組3個）并發嗎，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的一個工具。它主要用于“等待多個并發事件”，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，只有當內部計數器為0時才繼續(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());    }}

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