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详解线程同步和线程互斥，Java如何实现线程同步和互斥

2024-02-22 25
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简介： 详解线程同步和线程互斥，Java如何实现线程同步和互斥

1 Why？

首先第一个问题，为什么进行线程同步和线程互斥？

最开始我们的操作系统的作业的调度单位是进程，但是由于每个进程都单独占据一个资源，而且进程的形态转换非常的耗费系统资源。

为了系统的调度更加轻量级，能够更好的支持并发，因此引入了线程这个概念。

PS：进程和线程的关系：

  • 线程是进程的一个实体
  • 同一进程内的不同线程共享该进程的系统资源

    所以问题的答案来了，因为同一进程内的不同线程共享该进程的系统资源，这就导致了资源竞争的问题，为了能够解决这个问题，所以引入了线程互斥，就是为了能够在单位时间内只有一个线程共享该进程的系统资源。而进程同步就是让多个线程合理有序的访问该进程的系统资源。

2 What？

什么是线程同步？什么是线程互斥？

线程同步和线程互斥，类似于进程同步和进程互斥，在《操作系统》这本书中有另一个好听的名字：直接制约和间接制约

直接制约（同步关系）：

某些应用程序，为了完成某个任务而建立了两个或多个进程（源于进程间的合作）。

间接制约（互斥关系）：

多个程序并发执行时，由于共享系统资源（如CUP、I/O设备等）而导致这些并发执行的程序之间形成相互的制约

的关系。

因此，我们知道了线程同步和线程互斥的关系：

  1. 互斥是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性，访问是无序的。
  2. 同步是指在互斥的基础上，通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。
  3. 同步其实已经实现了互斥，所以同步是一种更为复杂的互斥。
  4. 互斥是一种特殊的同步。

3 How？

Java如何实现线程同步和线程互斥？

先说简单的，Java实现线程互斥：

无线程互斥的情况：

/**
 * @desc: 没有进行互斥的情况
 * @author: YanMingXin
 * @create: 2021/12/19-18:02
 **/
public class Method0 {
    private int value = 10;
    private void reduce() {
        try {
            while (value == 0) {
                System.out.println("stop...");
                return;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + value);
            value--;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void make() {
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 3, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                reduce();
            });
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Method0 methodA = new Method0();
        methodA.make();
    }
}

方式一：互斥锁synchronized

/**
 * @desc: 互斥方式一
 * @author: YanMingXin
 * @create: 2021/12/19-17:48
 **/
public class MethodA {
    private int value = 10;
    private synchronized void reduce() {
        try {
            while (value == 0) {
                System.out.println("stop...");
                return;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + value);
            value--;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void make() {
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 3, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                reduce();
            });
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MethodA methodA = new MethodA();
        methodA.make();
    }
}

方式二：可重入互斥锁ReentrantLock

/**
 * @desc: 互斥方式二
 * @author: YanMingXin
 * @create: 2021/12/19-17:50
 **/
public class MethodB {
    private int value = 10;
    private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    private void reduce(){
        lock.lock();
        try {
            while (value == 0) {
                System.out.println("stop...");
                return;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + value);
            value--;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    private void make() {
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 3, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                reduce();
            });
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        MethodB methodA = new MethodB();
        methodA.make();
    }
}

然后，Java实现线程同步：

无线程同步的情况：

/**
 * @desc: 无线程同步状态
 * @author: YanMingXin
 * @create: 2021/12/19-17:47
 **/
public class Method0 {
    private int value = 0;
    private static List list = new ArrayList<String>();
    static {
        list = Arrays.asList("1-Insert", "2-Delete", "3-Update", "4-Select");
    }
    private void reduce() {
        try {
            System.out.println(list.get(value));
            value++;
            while (value > 3) {
                System.out.println("stop...");
                return;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void make() {
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                4,
                4,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                reduce();
            });
        }
        poolExecutor.shutdown();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Method0 methodA = new Method0();
        methodA.make();
    }
}

方式一：synchronized进行线程同步

/**
 * @desc: 线程同步方式一
 * @author: YanMingXin
 * @create: 2021/12/19-17:47
 **/
public class MethodA {
    private int value = 0;
    private static List list = new ArrayList<String>();
    static {
        list = Arrays.asList("1-Insert", "2-Delete", "3-Update", "4-Select");
    }
    private synchronized void reduce() {
        try {
            System.out.println(list.get(value));
            value++;
            while (value > 3) {
                System.out.println("stop...");
                return;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void make() {
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                4,
                4,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                reduce();
            });
        }
        poolExecutor.shutdown();
    }
    public static void main(String[] args) {
        MethodA methodA = new MethodA();
        methodA.make();
    }
}

方式二：ReentrantLock进行线程同步

/**
 * @desc: 线程同步方式二
 * @author: YanMingXin
 * @create: 2021/12/19-17:47
 **/
public class MethodA {
    private int value = 0;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private static List list = new ArrayList<String>();
    static {
        list = Arrays.asList("1-Insert", "2-Delete", "3-Update", "4-Select");
    }
    private void reduce() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(list.get(value));
            value++;
            while (value > 3) {
                System.out.println("stop...");
                return;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    private void make() {
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                4,
                4,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                reduce();
            });
        }
        poolExecutor.shutdown();
    }
    public static void main(String[] args) {
        MethodA methodA = new MethodA();
        methodA.make();
    }
}

方式三：synchronized代码块

/**
 * @desc: 线程同步方式三
 * @author: YanMingXin
 * @create: 2021/12/19-17:47
 **/
public class MethodA {
    private int value = 0;
    private static List list = new ArrayList<String>();
    static {
        list = Arrays.asList("1-Insert", "2-Delete", "3-Update", "4-Select");
    }
    private void reduce() {
        synchronized (this) {
            try {
                System.out.println(list.get(value));
                value++;
                while (value > 3) {
                    System.out.println("stop...");
                    return;
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    private void make() {
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                4,
                4,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                reduce();
            });
        }
        poolExecutor.shutdown();
    }
    public static void main(String[] args) {
        MethodA methodA = new MethodA();
        methodA.make();
    }
}

参考文章：

https://www.cnblogs.com/baizhanshi/p/6844356.html

文章标签：
Java
调度
关键词：
Java线程
Java线程同步
线程Java
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