一、為什麼要線程同步

因為當我們有多個線程要同時訪問一個變量或對象時，如果這些線程中既有讀又有寫操作時，就會導致變量值或對象的狀態出現混亂，從而導致程序異常。

舉個例子，如果一個銀行賬戶同時被兩個線程操作，一個取100塊，一個存錢100塊。假設賬戶原本有0塊，如果取錢線程和存錢線程同時發生，會出現什麼結果呢？取錢不成功，賬戶餘額是100.取錢成功了，賬戶餘額是0.那到底是哪個呢？很難說清楚。因此多線程同步就是要解決這個問題。

二、不同步時的代碼

Bank.java

package threadTest; 
/** 
 * @author lixiaoxi 
 * 
 */ 
public class Bank { 
 private int count =0;//賬戶餘額 
 //存錢 
 public void addMoney(int money){ 
 count +=money; 
 System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money); 
 } 
 //取錢 
 public void subMoney(int money){ 
 if(count-money < 0){ 
 System.out.println("餘額不足"); 
 return; 
 } 
 count -=money; 
 System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); 
 } 
 //查詢 
 public void lookMoney(){ 
 System.out.println("賬戶餘額："+count); 
 } 
}

SyncThreadTest.java

package threadTest; 
public class SyncThreadTest { 
 public static void main(String args[]){ 
 final Bank bank=new Bank(); 
 Thread tadd=new Thread(new Runnable() { 
 @Override 
 public void run() { 
 // TODO Auto-generated method stub 
 while(true){ 
 try { 
 Thread.sleep(1000); 
 } catch (InterruptedException e) { 
 // TODO Auto-generated catch block 
 e.printStackTrace(); 
 } 
 bank.addMoney(100); 
 bank.lookMoney(); 
 System.out.println("\\n"); 
 } 
 } 
 }); 
 Thread tsub = new Thread(new Runnable() { 
 @Override 
 public void run() { 
 // TODO Auto-generated method stub 
 while(true){ 
 bank.subMoney(100); 
 bank.lookMoney(); 
 System.out.println("\\n"); 
 try { 
 Thread.sleep(1000); 
 } catch (InterruptedException e) { 
 // TODO Auto-generated catch block 
 e.printStackTrace(); 
 } 
 } 
 } 
 }); 
 tsub.start(); 
 tadd.start(); 
 } 
}

代碼很簡單，我就不解釋了，看看運行結果怎樣呢？截取了其中的一部分，是不是很亂，有些看不懂。

餘額不足 
賬戶餘額：0 
餘額不足 
賬戶餘額：100 
1441790503354存進：100 
賬戶餘額：100 
1441790504354存進：100 
賬戶餘額：100 
1441790504354取出：100 
賬戶餘額：100 
1441790505355存進：100 
賬戶餘額：100 
1441790505355取出：100 
賬戶餘額：100

三、使用同步時的代碼

1、同步方法

即有synchronized關鍵字修飾的方法。 由於java的每個對象都有一個內置鎖，當用此關鍵字修飾方法時，內置鎖會保護整個方法。在調用該方法前，需要獲得內置鎖，否則就處於阻塞狀態。

修改後的Bank.java

/** 
 * @author lixiaoxi
 * 
 */ 
public class Bank { 
 private int count =0;//賬戶餘額 
 //存錢 
 public synchronized void addMoney(int money){ 
 count +=money; 
 System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money); 
 } 
 //取錢 
 public synchronized void subMoney(int money){ 
 if(count-money < 0){ 
 System.out.println("餘額不足"); 
 return; 
 } 
 count -=money; 
 System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); 
 } 
 //查詢 
 public void lookMoney(){ 
 System.out.println("賬戶餘額："+count); 
 } 
}

再看看運行結果：

餘額不足 
賬戶餘額：0 
餘額不足 
賬戶餘額：0 
1441790837380存進：100 
賬戶餘額：100 
1441790838380取出：100 
賬戶餘額：0 
1441790838380存進：100 
賬戶餘額：100 
1441790839381取出：100 
賬戶餘額：0

2、同步代碼塊

即有synchronized關鍵字修飾的語句塊。被該關鍵字修飾的語句塊會自動被加上內置鎖，從而實現同步。

Bank.java代碼如下：

package threadTest; 
package threadTest; 
/** 
 * @author lixiaoxi 
 * 
 */ 
public class Bank { 
 private int count =0;//賬戶餘額 
 //存錢 
 public void addMoney(int money){ 
 synchronized (this) { 
 count +=money; 
 } 
 System.out.println(System.currentTimeMillis()+"存進："+money); 
 } 
 //取錢 
 public void subMoney(int money){ 
 synchronized (this) { 
 if(count-money < 0){ 
 System.out.println("餘額不足"); 
 return; 
 } 
 count -=money; 
 } 
 System.out.println(+System.currentTimeMillis()+"取出："+money); 
 } 
 //查詢 
 public void lookMoney(){ 
 System.out.println("賬戶餘額："+count); 
 } 
}

運行結果如下：

餘額不足 
賬戶餘額：0 
1441791806699存進：100 
賬戶餘額：100 
1441791806700取出：100 
賬戶餘額：0 
1441791807699存進：100 
賬戶餘額：100

效果和方法一差不多。

注：同步是一種高開銷的操作，因此應該儘量減少同步的內容。通常沒有必要同步整個方法，使用synchronized代碼塊同步關鍵代碼即可。

3、使用特殊域變量(volatile)實現線程同步

（1）volatile關鍵字為域變量的訪問提供了一種免鎖機制；

（2）使用volatile修飾域相當於告訴虛擬機該域可能會被其他線程更新；

（3）因此每次使用該域就要重新計算，而不是使用寄存器中的值；

（4）volatile不會提供任何原子操作，它也不能用來修飾final類型的變量。

Bank.java代碼如下：

package threadTest; 
/** 
 * @author lixiaoxi 
 * 
 */ 
public class Bank { 
 private volatile int count = 0;// 賬戶餘額 
 // 存錢 
 public void addMoney(int money) { 
 count += money; 
 System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money); 
 } 
 // 取錢 
 public void subMoney(int money) { 
 if (count - money < 0) { 
 System.out.println("餘額不足"); 
 return; 
 } 
 count -= money; 
 System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); 
 } 
 // 查詢 
 public void lookMoney() { 
 System.out.println("賬戶餘額：" + count); 
 } 
}

運行效果怎樣呢？

餘額不足 
賬戶餘額：0 
餘額不足 
賬戶餘額：100 
1441792010959存進：100 
賬戶餘額：100 
1441792011960取出：100 
賬戶餘額：0 
1441792011961存進：100 
賬戶餘額：100

因為volatile不能保證原子操作導致的，因此volatile不能代替synchronized。此外volatile會組織編譯器對代碼優化，因此能不使用它就不使用它吧。它的原理是每次要線程要訪問volatile修飾的變量時都是從內存中讀取，而不是從緩存當中讀取，因此每個線程訪問到的變量值都是一樣的。這樣就保證了同步。

4、使用重入鎖實現線程同步

在JavaSE5.0中新增了一個java.util.concurrent包來支持同步。ReentrantLock類是可重入、互斥、實現了Lock接口的鎖， 它與使用synchronized方法和塊具有相同的基本行為和語義，並且擴展了其能力。

ReenreantLock類的常用方法有：

ReentrantLock() ：創建一個ReentrantLock實例

lock() ：獲得鎖

unlock() ：釋放鎖

注：ReentrantLock()還有一個可以創建公平鎖的構造方法，但由於能大幅度降低程序運行效率，不推薦使用。

Bank.java代碼修改如下：

package threadTest; 
import java.util.concurrent.locks.Lock; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
/** 
 * @author lixiaoxi 
 * 
 */ 
public class Bank { 
 private int count = 0;// 賬戶餘額 
 //需要聲明這個鎖 
 private Lock lock = new ReentrantLock(); 
 // 存錢 
 public void addMoney(int money) { 
 lock.lock();//上鎖 
 try{ 
 count += money; 
 System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money); 
 }finally{ 
 lock.unlock();//解鎖 
 } 
 } 
 // 取錢 
 public void subMoney(int money) { 
 lock.lock(); 
 try{ 
 if (count - money < 0) { 
 System.out.println("餘額不足"); 
 return; 
 } 
 count -= money; 
 System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); 
 }finally{ 
 lock.unlock(); 
 } 
 } 
 // 查詢 
 public void lookMoney() { 
 System.out.println("賬戶餘額：" + count); 
 } 
}

運行效果怎樣呢？

餘額不足 
賬戶餘額：0 
餘額不足 
賬戶餘額：0 
1441792891934存進：100 
賬戶餘額：100 
1441792892935存進：100 
賬戶餘額：200 
1441792892954取出：100 
賬戶餘額：100

效果和前兩種方法差不多。

如果synchronized關鍵字能滿足用戶的需求，就用synchronized，因為它能簡化代碼 。如果需要更高級的功能，就用ReentrantLock類，此時要注意及時釋放鎖，否則會出現死鎖，通常在finally代碼釋放鎖。

5、使用局部變量實現線程同步

Bank.java代碼如下：

package com.demo.test;
/** 
 * @author lixiaoxi
 * 
 */ 
public class Bank {
 
 private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){ 
 @Override 
 protected Integer initialValue() { 
 // TODO Auto-generated method stub 
 return 0; 
 } 
 }; 
 // 存錢 
 public void addMoney(int money) { 
 count.set(count.get()+money); 
 System.out.println(System.currentTimeMillis() + "存進：" + money); 
 } 
 // 取錢 
 public void subMoney(int money) { 
 if (count.get() - money < 0) { 
 System.out.println("餘額不足"); 
 return; 
 } 
 count.set(count.get()- money); 
 System.out.println(+System.currentTimeMillis() + "取出：" + money); 
 } 
 // 查詢 
 public void lookMoney() { 
 System.out.println("賬戶餘額：" + count.get()); 
 } 
}

運行效果：

餘額不足
賬戶餘額：0
1511166594460存進：100
賬戶餘額：200
餘額不足
賬戶餘額：0
1511166595460存進：100
賬戶餘額：300
餘額不足
賬戶餘額：0
1511166596460存進：100
賬戶餘額：400

看了運行效果，一開始一頭霧水，怎麼只讓存，不讓取啊？看看ThreadLocal的原理：

如果使用ThreadLocal管理變量，則每一個使用該變量的線程都獲得該變量的副本，副本之間相互獨立，這樣每一個線程都可以隨意修改自己的變量副本，而不會對其他線程產生影響。現在明白了吧，原來每個線程運行的都是一個副本，也就是說存錢和取錢是兩個賬戶，只是名字相同而已。所以就會發生上面的效果。

ThreadLocal與同步機制

a.ThreadLocal與同步機制都是為了解決多線程中相同變量的訪問衝突問題；

b.前者採用以”空間換時間”的方法，後者採用以”時間換空間”的方式。