Java线程同步方法实例总结

本文实例讲述了Java线程同步方法。分享给大家供大家参考，具体如下：

1. Semaphore

1.1 二进制Semaphore

Semaphore算是比较高级点的线程同步工具了，在许多其他语言里也有类似的实现。Semaphore有一个最大的好处就是在初始化时，可以显式的控制并发数。其内部维护这一个c计数器，当计数器小于等于0时，是不允许其他线程访问并发区域的，反之则可以，因此，若将并发数设置为1，则可以确保单一线程同步。下面的例子模拟多线程打印，每个线程提交打印申请，然后执行打印，最后宣布打印结束，代码如下：

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);//二进制信号量
    }
    public void printJob(Object document){
        try{
            s.acquire();
            long duration=(long)(Math.random()*100);
            System.out.printf("线程名：%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:正在打印一个任务\n ",Thread.currentThread().getName());
        this.p.printJob(new Object());
        System.out.printf("%s:文件已打印完毕\n ",Thread.currentThread().getName());
    }
}

执行结果如下：

Thread0:正在打印一个任务
 Thread9:正在打印一个任务
 Thread8:正在打印一个任务
 Thread7:正在打印一个任务
 Thread6:正在打印一个任务
 Thread5:正在打印一个任务
 Thread4:正在打印一个任务
 Thread3:正在打印一个任务
 Thread2:正在打印一个任务
 Thread1:正在打印一个任务
 线程名：Thread0 睡眠：32  Thread0:文件已打印完毕
 线程名：Thread9 睡眠：44  Thread9:文件已打印完毕
 线程名：Thread8 睡眠：45  Thread8:文件已打印完毕
 线程名：Thread7 睡眠：65  Thread7:文件已打印完毕
 线程名：Thread6 睡眠：12  Thread6:文件已打印完毕
 线程名：Thread5 睡眠：72  Thread5:文件已打印完毕
 线程名：Thread4 睡眠：98  Thread4:文件已打印完毕
 线程名：Thread3 睡眠：58  Thread3:文件已打印完毕
 线程名：Thread2 睡眠：24  Thread2:文件已打印完毕
 线程名：Thread1 睡眠：93  Thread1:文件已打印完毕

可以看到，所有线程提交打印申请后，按照并发顺序一次执行，没有任何并发冲突，谁先获得信号量，谁就先执行，其他剩余线程均等待。这里面还有一个公平信号与非公平信号之说：基本上java所有的多线程工具都支持初始化的时候指定一个布尔变量，true时表明公平，即所有处于等待的线程被筛选的条件为“谁等的时间长就选谁进行执行”，有点first in first out的感觉，而false时则表明不公平（默认是不non-fairness），即所有处于等待的线程被筛选执行是随机的。这也就是为什么多线程往往执行顺序比较混乱的原因。

1.2 多重并发控制

若将上面的代码改为s=new Semaphore(3);//即让其每次可以并发3条线程，则输出如下：

Thread0:正在打印一个任务
 Thread9:正在打印一个任务
 Thread8:正在打印一个任务
 Thread7:正在打印一个任务
 Thread6:正在打印一个任务
 Thread5:正在打印一个任务
 Thread3:正在打印一个任务
 Thread4:正在打印一个任务
 Thread2:正在打印一个任务
 Thread1:正在打印一个任务
 线程名：Thread9 睡眠：26线程名：Thread8 睡眠：46线程名：Thread0 睡眠：79  Thread9:文件已打印完毕
 线程名：Thread7 睡眠：35  Thread8:文件已打印完毕
 线程名：Thread6 睡眠：90  Thread7:文件已打印完毕
 线程名：Thread5 睡眠：40  Thread0:文件已打印完毕
 线程名：Thread3 睡眠：84  Thread5:文件已打印完毕
 线程名：Thread4 睡眠：13  Thread4:文件已打印完毕
 线程名：Thread2 睡眠：77  Thread6:文件已打印完毕
 线程名：Thread1 睡眠：12  Thread1:文件已打印完毕
   Thread3:文件已打印完毕
   Thread2:文件已打印完毕

很明显已经并发冲突了。若要实现分组（每组3个）并发吗，则每一组也要进行同步，代码修改如下：

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);//二进制信号量
        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("线程名：%s 睡眠：%d\n",Thread.currentThread().getName(),duration);
                Thread.sleep(duration);
                freePrinters[printerIndex]=true;//恢复信号，供下次使用
        }
        catch(InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            s.release();
        }
    }
    //返回一个内部分组后的同步索引
    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:正在打印一个任务\n ",Thread.currentThread().getName());
        this.p.printJob(new Object());
        System.out.printf(" %s:文件已打印完毕\n ",Thread.currentThread().getName());
    }
}

其中getIndex()方法主要为了维护内部分组后（支持并发3个）组内数据的同步（用lock来同步）。

输出如下：

Thread0:正在打印一个任务
 Thread9:正在打印一个任务
 Thread8:正在打印一个任务
 Thread7:正在打印一个任务
 Thread6:正在打印一个任务
 Thread5:正在打印一个任务
 Thread4:正在打印一个任务
 Thread3:正在打印一个任务
 Thread2:正在打印一个任务
 Thread1:正在打印一个任务
 线程名：Thread0 睡眠：82  打印机：0号
线程名：Thread8 睡眠：61  打印机：2号
线程名：Thread9 睡眠：19  打印机：1号
  Thread9:文件已打印完毕
 线程名：Thread7 睡眠：82  打印机：1号
  Thread8:文件已打印完毕
 线程名：Thread6 睡眠：26  打印机：2号
  Thread0:文件已打印完毕
 线程名：Thread5 睡眠：31  打印机：0号
  Thread6:文件已打印完毕
 线程名：Thread4 睡眠：44  打印机：2号
  Thread7:文件已打印完毕
 线程名：Thread3 睡眠：54  打印机：1号
  Thread5:文件已打印完毕
 线程名：Thread2 睡眠：48  打印机：0号
  Thread4:文件已打印完毕
 线程名：Thread1 睡眠：34  打印机：2号
  Thread3:文件已打印完毕
   Thread2:文件已打印完毕
   Thread1:文件已打印完毕

2. CountDownLatch

CountDownLatch同样也是支持多任务并发的一个工具。它主要用于“等待多个并发事件”，它内部也有一个计数器，当调用await()方法时，线程处于等待状态，只有当内部计数器为0时才继续(countDown()方法来减少计数)，也就说，假若有一个需求是这样的：主线程等待所有子线程都到达某一条件时才执行，那么只需要主线程await，然后在启动每个子线程的时候进行countDown操作。下面模拟了一个开会的例子，只有当所有人员都到齐了，会议才能开始。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class Program{
    public static void main(String[] agrs){
        //开启可容纳10人的会议室
        VideoConference v=new VideoConference(10);
        new Thread(v).start();
        //参与人员陆续进场
        for(int i=0;i<10;i++){
            Participant p=new Participant(i+"号人员",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 已经到达！\n",name);
        controller.countDown();
        System.out.printf("还需要等 %d 个成员！\n",controller.getCount());
    }
    @Override
    public void run(){
        try{
            System.out.printf("会议正在初始化...!\n");
            controller.await();
            System.out.printf("所有人都到齐了，开会吧!\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){
     }
    }
}

输出：

会议正在初始化...!
0号人员 已经到达！
还需要等 9 个成员！
1号人员 已经到达！
还需要等 8 个成员！
9号人员 已经到达！
还需要等 7 个成员！
4号人员 已经到达！
还需要等 6 个成员！
8号人员 已经到达！
还需要等 5 个成员！
5号人员 已经到达！
还需要等 4 个成员！
6号人员 已经到达！
还需要等 3 个成员！
3号人员 已经到达！
还需要等 2 个成员！
7号人员 已经到达！
还需要等 1 个成员！
2号人员 已经到达！
还需要等 0 个成员！
所有人都到齐了，开会吧!

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());
    }
}

运行结果：

Apps: Phase 0: 4 results.
System: Phase 0: 27 results.

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希望本文所述对大家java程序设计有所帮助。