线程同步异步实例分析

我的理解：

同步就是顺序执行，异步就是可以并行执行；

多线程是实现异步操作的一种手段或方式；

网上通俗点的解释：

使用同步方法：做完饭，再烧水！

假如，做饭时间为3，烧水时间为2，使用同步方法，做饭时间就延续为5，之后你才可以开始另外的工作。

使用异步方法：开两个火（两个线程），一个烧水一个做饭。

IAsyncResult代表其中任意一个的完成结果。

IAsyncResult.Iscompleted其中一个完成！（应该是烧水先完成），你可以使用IAsyncResult.waithandle.waitone （等待做饭完成，使用做饭那个火来炒菜），当然也可以用烧水的火开始炒菜。

异步，是针对同步对比而言的。它可能是使用同一个线程，也可能是是使用另外一个线程，这由你使用的框架系统来决定。

例如别人封装了一个方法

C# code

?
你调用了它，例如

C# code

?
那么你可以说这个方法就是异步的。或许你测试时发现xyz跟abc是同时并发执行的，或许过一段时间你测试发现abc在xyz执行完毕以后才执行，或许又过了一段时间你由测试发现别人的程序由改为abc执行完毕了以后才执行xyz，总之这种语法模式就是具有这种灵活性。这就是异步。

异步要比多线程更加高级，它可以多线程实现，也可以单线程实现，因为它根本不纠结于底层。

为何要使用同步？

java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时（如数据的增删改查），

将会导致数据不准确，相互之间产生冲突，因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前，被其他线程的调用，

从而保证了该变量的唯一性和准确性。

同步的5种方法：

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。

代码如：

public synchronized void save(){}

注： synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类

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

代码如：

synchronized(object){

}

注：同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。

通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。

代码实例：

package com.xhj.thread;

/**
* 线程同步的运用
*
* @author XIEHEJUN
*
*/
public class SynchronizedThread {

class Bank {

private int account = 100;

public int getAccount() {
return account;
}

/**
* 用同步方法实现
*
* @param money
*/
public synchronized void save(int money) {
account += money;
}

/**
* 用同步代码块实现
*
* @param money
*/
public void save1(int money) {
synchronized (this) {
account += money;
}
}
}

class NewThread implements Runnable {
private Bank bank;

public NewThread(Bank bank) {
this.bank = bank;
}

@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// bank.save1(10);
bank.save(10);
System.out.println(i + "账户余额为：" + bank.getAccount());
}
}

}

/**
* 建立线程，调用内部类
*/
public void useThread() {
Bank bank = new Bank();
NewThread new_thread = new NewThread(bank);
System.out.println("线程1");
Thread thread1 = new Thread(new_thread);
thread1.start();
System.out.println("线程2");
Thread thread2 = new Thread(new_thread);
thread2.start();
}

public static void main(String[] args) {
SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
st.useThread();
}

}

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

例如：

在上面的例子当中，只需在account前面加上volatile修饰，即可实现线程同步。

代码实例：

复制代码

//只给出要修改的代码，其余代码与上同

class Bank {
//需要同步的变量加上volatile
private volatile int account = 100;

public int getAccount() {
return account;
}
//这里不再需要synchronized
public void save(int money) {
account += money;
}
｝

注：多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上，如果让域自身避免这个问题，则就不需要修改操作该域的方法。

用final域，有锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题。

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

class Bank {

private int account = 100;
//需要声明这个锁
private Lock lock = new ReentrantLock();
public int getAccount() {
return account;
}
//这里不再需要synchronized
public void save(int money) {
lock.lock();
try{
account += money;
}finally{
lock.unlock();
}

}
｝

ReenreantLock类的常用方法有：

ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例

lock() : 获得锁

unlock() : 释放锁

注：ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法，但由于能大幅度降低程序运行效率，不推荐使用

例如：

在上面例子的基础上，改写后的代码为:

代码实例：

//只给出要修改的代码，其余代码与上同

注：关于Lock对象和synchronized关键字的选择：

a.最好两个都不用，使用一种java.util.concurrent包提供的机制，

能够帮助用户处理所有与锁相关的代码。

b.如果synchronized关键字能满足用户的需求，就用synchronized，因为它能简化代码

c.如果需要更高级的功能，就用ReentrantLock类，此时要注意及时释放锁，否则会出现死锁，通常在finally代码释放锁

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

例如：

在上面例子基础上，修改后的代码为：

代码实例：

复制代码

//只改Bank类，其余代码与上同

public class Bank{
//使用ThreadLocal类管理共享变量account
private static ThreadLocal<Integer> account = new ThreadLocal<Integer>(){
@Override
protected Integer initialValue(){
return 100;
}
};
public void save(int money){
account.set(account.get()+money);
}
public int getAccount(){
return account.get();
}
}

注：ThreadLocal与同步机制

a.ThreadLocal与同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。

b.前者采用以"空间换时间"的方法，后者采用以"时间换空间"的方式

多线程异步调用实例：

在JAVA平台,实现异步调用的角色有如下三个角色:调用者 提货单 真实数据

一个调用者在调用耗时操作,不能立即返回数据时,先返回一个提货单.然后在过一断时间后凭提货单来获取真正的数据.

去蛋糕店买蛋糕，不需要等蛋糕做出来（假设现做要很长时间），只需要领个提货单就可以了（去干别的事情），等到蛋糕做好了，再拿提货单取蛋糕就可以了。

public class Main {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("main BEGIN");

Host host = new Host();

Data data1 = host.request(10, 'A');

Data data2 = host.request(20, 'B');

Data data3 = host.request(30, 'C');

System.out.println("main otherJob BEGIN");

try {

Thread.sleep(200);

} catch (InterruptedException e) {

}

System.out.println("main otherJob END");

System.out.println("data1 = " + data1.getContent());

System.out.println("data2 = " + data2.getContent());

System.out.println("data3 = " + data3.getContent());

System.out.println("main END");

}

}

这里的main类就相当于“顾客”，host就相当于“蛋糕店”，顾客向“蛋糕店”定蛋糕就相当于“发请求request”，返回的数据data是FutureData的实例，就相当于提货单，而不是真正的“蛋糕”。在过一段时间后（sleep一段时间后），调用data1.getContent()，也就是拿提货单获取执行结果。

下面来看一下，顾客定蛋糕后，蛋糕店做了什么：

public class Host {

[b]public Data request(final int count, final char c) {
[/b]

System.out.println("request(" + count + ", " + c + ") BEGIN");

// (1) 建立FutureData的实体

final FutureData future = new FutureData();

// (2) 为了建立RealData的实体，启动新的线程

new Thread() {

public void run() {

//在匿名内部类中使用count、future、c。

RealData realdata = new RealData(count, c);

future.setRealData(realdata);

}

}.start();

System.out.println("request(" + count + ", " + c + ") END");

// (3) 取回FutureData实体，作为传回值

return future;

}

}

host("蛋糕店")在接到请求后，先生成了“提货单”FutureData的实例future，然后命令“蛋糕师傅”RealData去做蛋糕，realdata相当于起个线程去做蛋糕了。然后host返回给顾客的仅仅是“提货单”future，而不是蛋糕。当蛋糕做好后，蛋糕师傅才能给对应的“提货单”蛋糕，也就是future.setRealData(realdata)。

下面来看看蛋糕师傅是怎么做蛋糕的：

建立一个字符串，包含count个c字符，为了表现出犯法需要花费一些时间，使用了sleep。

public class RealData implements Data {

private final String content;

public RealData(int count, char c) {

System.out.println("making RealData(" + count + ", " + c + ") BEGIN");

char[] buffer = new char[count];

for (int i = 0; i < count; i++) {

buffer[i] = c;

try {

Thread.sleep(1000);

} catch (InterruptedException e) {

}

}

System.out.println("making RealData(" + count + ", " + c + ") END");

this.content = new String(buffer);

}

public String getContent() {

return content;

}

}

现在来看看“提货单”future是怎么与蛋糕"content"对应的:

public class FutureData implements Data {

private RealData realdata = null;

private boolean ready = false;

public synchronized void setRealData(RealData realdata) {

if (ready) {

return; // 防止setRealData被调用两次以上。

}

this.realdata = realdata;

this.ready = true;

notifyAll();

}

public synchronized String getContent() {

while (!ready) {

try {

wait();

} catch (InterruptedException e) {

}

}

return realdata.getContent();

}

}

顾客做完自己的事情后，会拿着自己的“提货单”来取蛋糕：

System.out.println("data1 = " + data1.getContent());

这时候如果蛋糕没做好，就只好等了：

while (!ready) {

try {

wait();

} catch (InterruptedException e) {

}

//等做好后才能取到

return realdata.getContent();

程序分析

对于每个请求，host都会生成一个线程，这个线程负责生成顾客需要的“蛋糕”。在等待一段时间以后，如果蛋糕还没有做好，顾客还必须等待。直到“蛋糕被做好”，也就是

future.setRealData(realdata); 执行以后，顾客才能拿走蛋糕。

每个线程只是专门负责制作特定顾客所需要的“蛋糕”。也就是顾客A对应着蛋糕师傅A，顾客B对应着蛋糕师傅B。即使顾客B的蛋糕被先做好了，顾客A也只能等待蛋糕师傅A把蛋糕做好。换句话说，顾客之间没有竞争关系。

类FutureData的两个方法被设置为synchronized，实际上蛋糕师傅A与顾客A之间的互斥关系，也就是顾客A必须等待蛋糕师傅A把蛋糕做好后，才能拿走，而与蛋糕师傅B是否做好了蛋糕没有关系