Java零基础之多线程篇：线程同步

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今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点，并以文字的形式跟大家一起交流，互相学习，一个人虽可以走的更快，但一群人可以走的更远。

我是一名后端开发爱好者，工作日常接触到最多的就是Java语言啦，所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的，通过文章的形式进行输出，希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们，同时也能对自己的技术进行沉淀，加以复盘，查缺补漏。

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前言

在上几期中，我们学习了多线程的创建、生命周期及如何控制线程，而此期我们要来学习一下如何进行线程同步。我们都知道，在并发编程中，多线程的使用已经成为一种常见的解决方案。然而，当多个线程同时访问共享资源时，可能会导致数据不一致的问题。为了解决这个问题，我们需要使用线程同步机制来确保多个线程能够有序地访问和修改共享资源。

摘要

本文将介绍Java中的线程同步机制。我们将使用synchronized关键字来保证同一时间只有一个线程能够执行特定的代码块或方法。我们还将讨论线程同步的应用场景、优缺点以及提供具体的Java代码测试用例来说明其效果。不知道这个关键字大家可有在其他的场景中使用过？有的同学欢迎下方评论区留言分享。

简介

Java提供了多种线程同步的机制，其中最常用的是通过synchronized关键字来实现。在多个线程访问共享资源时，我们可以使用synchronized来标记关键代码块或方法，以确保只有一个线程能够执行该代码块或方法。

应用场景案例

线程同步机制在以下情况下特别有用：

多个线程需要同时访问和修改共享资源，例如数据库连接池、文件读写等。
需要保证某个操作的原子性，例如银行转账操作。

优缺点分析

线程同步机制的优点包括：

避免了多个线程同时访问共享资源导致的数据不一致问题。
确保了某个操作的原子性，避免了出现意外的结果。

然而，线程同步也有一些缺点：

会降低程序的执行效率，因为同一时间只有一个线程能够执行同步代码块或方法。
如果使用不当，可能会导致死锁或活锁等问题。

因此，在使用线程同步机制时，我们需要仔细考虑其适用性以及潜在的性能和安全问题，能够使其在可控的情况下进行，而不是一发而不可收拾。

类代码方法介绍

increment()方法：使用synchronized关键字修饰的方法，用于增加count变量的值。
getCount()方法：使用synchronized关键字修饰的方法，用于获取count变量的值。

测试用例

我们通过创建两个线程来测试线程同步的效果，每个线程都会调用 increment()方法来增加count变量的值。在最后，我们输出count的值来验证线程同步的正确性。

下面我给是一个简单的示例代码，演示了如何使用synchronized关键字来实现线程同步：

测试代码展示

package com.example.javase.ms.threadDemo.day4;

/**
 * @Author ms
 * @Date 2024-04-12 22:47
 */
public class ThreadSynchronizationExample {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadSynchronizationExample example = new ThreadSynchronizationExample();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Count: " + example.getCount());
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个ThreadSynchronizationExample类，其中包含一个私有的count变量。我们使用synchronized关键字修饰了increment()方法和getCount()方法，以确保在同一时间只有一个线程能够执行这些方法。在main()方法中，我们创建了两个线程并启动它们，每个线程都会调用increment()方法来增加count变量的值。最后，我们输出count的值来验证线程同步的效果。

测试结果展示

当程序运行时，thread1和thread2将并发地尝试更新count变量。由于increment和getCount方法都是同步的，这保证了对count变量的访问是线程安全的。最终，count变量的值应该是2000（每个线程递增1000次）。

根据如上测试用例，这里我们本地执行一下，结果展示如下：可以判断下输出的结果是否与预期结果一致！

在这里插入图片描述

测试代码分析

根据如上代码作出解析，以便于同学们更好的理解，分析如下：

这段Java代码展示了一个简单的线程同步示例。在这个例子中，我们有一个ThreadSynchronizationExample类，它包含一个共享资源count，以及两个线程thread1和thread2，它们都试图更新这个共享资源。

类成员和方法解析

count变量：这是一个共享资源，用于记录increment方法被调用的次数。它被声明为private，意味着只能在这个类的内部访问和修改。
increment方法：这是一个同步方法，用于递增count变量的值。通过synchronized关键字，确保每次只有一个线程能够执行这个方法，从而避免了并发访问时的竞态条件。
getCount方法：这也是一个同步方法，用于返回当前count变量的值。由于它访问了共享资源count，所以也需要同步。

`main`方法解析

创建ThreadSynchronizationExample实例：在主线程中创建了一个ThreadSynchronizationExample类的实例。
创建并启动线程：创建了两个线程thread1和thread2，它们都执行一个lambda表达式，该表达式调用increment方法1000次。
等待线程完成：通过调用thread1.join()和thread2.join()，主线程等待这两个线程完成它们的执行。这是通过join()方法实现的，它会阻塞主线程直到对应的线程结束。
捕获中断异常：在等待线程完成的过程中，如果当前线程被中断，InterruptedException将被抛出。在catch块中处理这个异常，打印堆栈跟踪信息。
输出最终计数值：一旦所有线程都完成了它们的执行，主线程将输出count变量的最终值。

线程同步的重要性

线程同步是多线程编程中的一个重要概念。它确保了在多个线程并发访问共享资源时，资源不会被不一致地修改，从而避免了竞态条件和其他并发问题。在这个例子中，通过使用synchronized关键字，我们确保了对count变量的访问是原子性的，即每次只有一个线程能够执行increment方法。这样可以确保count变量的值是正确的，反映了所有线程对它的更新。

全文小结

本文介绍了Java中的线程同步机制，以及如何使用synchronized关键字来实现线程同步。我们通过示例代码演示了线程同步的效果，并讨论了线程同步的应用场景、优缺点以及注意事项。希望读者通过本文的学习能够更好地理解和应用线程同步机制。

总结

线程同步是为了防止多个线程同时访问共享资源而导致的数据不一致问题。Java提供了多种线程同步的机制，其中最常用的是使用synchronized关键字来实现。通过使用synchronized关键字，我们可以确保同一时间只有一个线程能够执行特定的代码块或方法。然而，线程同步也有一些缺点，例如可能会降低程序的执行效率，并且需要注意避免死锁或活锁等问题。在实际开发中，我们需要根据具体需求来选择合适的线程同步机制，并仔细考虑其适用性和安全性。

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