多线程同步互斥实例——使用synchronized实现线程通信和互斥

• 线程互斥概念

      线程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。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

• 实现线程同步互斥的四种方式

      临界区（Critical Section）：适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用

      互斥量 (Mutex)：适合不同进程内多线程访问公共区域或代码段时使用，与临界区相似。

      事件（Event）：通过线程间触发事件实现同步互斥

      信号量（Semaphore）：与临界区和互斥量不同，可以实现多个线程同时访问公共区域数据，原理与操作系统中PV操作类似，先设置一个访问公共区域的线程最大连接数，每有一个线程访问共享区资源数就减一，直到资源数小于等于零。

• 实例说明线程同步和互斥

      以一道面试题为例：

      子线程循环10次，接着主线程循环100次，接着又回到子线程循环10次，接着在回到主线程循环100次，如此循环50次，请写出程序。

      解题思路：

      由题可知道，需要创建一个程序，然后创建两个线程（new Thread().start();）。在线程中，使用runnable 分别实现循环10次和100次。在将整个程序循环50次。则代码如下：

package cn.itcast.heima2;public class TraditionalThreadCommuniction {public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int j = 1; j <= 50; j++) {<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">//子程序循环50次</span>for (int i = 1; i <= 10; i++) {//执行10次输出子程序System.out.println("sub sthread sequece of " + i+ ",loop of" + j);}}}}).start();for (int j = 1; j <= 50; j++) {//主程序循环50次for (int i = 1; i <= 100; i++) {//执行100次输出主程序System.out.println("main sthread sequece of " + i+ ",loop of" + j);}}}}

      执行结果如下，从结果中，我们可以看到，这并不是我们要的结果。

      

      

      主线程和子线程的执行都被打断了，所以  我们要把中间打印的循环代码保护起来。在这里，我们可以使用锁（synchronized）， 实现主线程和子线程互相不被打断。可以使用TraditionalThreadSynchronized.class 。

      则第一步改进代码如下：

package cn.itcast.heima2;public class TraditionalThreadCommuniction {public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int j = 1; j <= 50; j++) {synchronized (TraditionThradSynchronized.class) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {System.out.println("sub sthread sequece of " + i+ ",loop of" + j);}}}}}).start();for (int j = 1; j <= 50; j++) {synchronized (TraditionThradSynchronized.class) {for (int i = 1; i <= 100; i++) {System.out.println("main sthread sequece of " + i+ ",loop of" + j);}}}}}

      

      生成结果，虽然结果并非我们所期望的结果，但是，从结果中，我们可以看到，主线程和子线程已经实现了独立的执行，但是，并不能保证子线程和主线程交替出现，这怎么解决呢？

      继续改进：

      思路：我们可以把有关联的方法，集中到一个类中，这样是不是更好维护和更改呢？这就是高内聚的思想。即把相关联的方法放到同一个类上。所以，我们可以改造我们的类，生成一个类Business，其拥有两个方法，sub和main。则main方法中，放入主线程互斥的那部分代码；sub中放入子线程的互斥部分代码。然后再程序中分别调用这两个方法。

      在business中，使用synchronized实现两个方法互斥。然后，在实现两个方法的交替出现。即实现主线程和子线程的互相通信。这样就非常简单，我们可以引入一个内部变量，bshouldSub ，如果bshouldSub是true,则执行子线程，否则等待。如果是flase则执行主线程,否则主线程等待。在执行主线程之后，将bshouldSub设置为true,并唤醒等待程序，子线程执行同理。则程序代码如下：

package cn.itcast.heima2;public class TraditionalThreadCommunictionn {public static void main(String[] args) {final Business business= new Business();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int j = 1; j <= 50; j++) {business.sub(j);}}}).start();for (int j = 1; j <= 50; j++) {business.main(j);}}}class Business{private boolean bshouldSub = true;//子线程和主线程通信信号public synchronized void sub(int j){if(!bshouldSub){try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}for (int i = 1; i <= 10; i++) {System.out.println("sub sthread sequece of " + i+ ",loop of" + j);}bshouldSub = false;//运行结束，设置值为FALSE 让主程序运行this.notify();//唤醒等待的程序}public synchronized void main(int j){if(bshouldSub){//如果bshouldsub=true ，等待  让子程序运行try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}for (int i = 1; i <= 100; i++) {System.out.println("main sthread sequece of " + i+ ",loop of" + j);}bshouldSub = true;//让子程序运行this.notify();//唤醒等待的一个程序}}

      由此程序，我们可以看到输出的结果为（由于篇幅限制，这里只截几张图来说明结果）：

      

        

     

           

• 总结：     

      要用到共同数据（包括同类锁）或共同算法的若干方法应该归在同一个类身上，这种设计正好体现了高内聚和程序的健壮性。在解决线程的问题时，更多的从面相对象的思想上去思考问题和解决问题，会得到更好的效果。