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如何在Java中實現線程同步？相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。
Semaphore算是比較高級點的線程同步工具了，在許多其他語言里也有類似的實現。Semaphore有一個最大的好處就是在初始化時，可以顯式的控制并發數。其內部維護這一個c計數器，當計數器小于等于0時，是不允許其他線程訪問并發區域的，反之則可以，因此，若將并發數設置為1，則可以確保單一線程同步。下面的例子模擬多線程打印，每個線程提交打印申請，然后執行打印，最后宣布打印結束，代碼如下：
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);//二進制信號量
}
public void printJob(Object document){
try{
s.acquire();
long duration=(long)(Math.random()*100);
System.out.printf("線程名：%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:正在打印一個任務\n ",Thread.currentThread().getName());
this.p.printJob(new Object());
System.out.printf("%s:文件已打印完畢\n ",Thread.currentThread().getName());
}
}執行結果如下：
Thread0:正在打印一個任務
Thread9:正在打印一個任務
Thread8:正在打印一個任務
Thread7:正在打印一個任務
Thread6:正在打印一個任務
Thread5:正在打印一個任務
Thread4:正在打印一個任務
Thread3:正在打印一個任務
Thread2:正在打印一個任務
Thread1:正在打印一個任務
線程名：Thread0 睡眠：32 Thread0:文件已打印完畢
線程名：Thread9 睡眠：44 Thread9:文件已打印完畢
線程名：Thread8 睡眠：45 Thread8:文件已打印完畢
線程名：Thread7 睡眠：65 Thread7:文件已打印完畢
線程名：Thread6 睡眠：12 Thread6:文件已打印完畢
線程名：Thread5 睡眠：72 Thread5:文件已打印完畢
線程名：Thread4 睡眠：98 Thread4:文件已打印完畢
線程名：Thread3 睡眠：58 Thread3:文件已打印完畢
線程名：Thread2 睡眠：24 Thread2:文件已打印完畢
線程名：Thread1 睡眠：93 Thread1:文件已打印完畢
可以看到，所有線程提交打印申請后，按照并發順序一次執行，沒有任何并發沖突，誰先獲得信號量，誰就先執行，其他剩余線程均等待。這里面還有一個公平信號與非公平信號之說：基本上java所有的多線程工具都支持初始化的時候指定一個布爾變量，true時表明公平，即所有處于等待的線程被篩選的條件為“誰等的時間長就選誰進行執行”，有點first in first out的感覺，而false時則表明不公平（默認是不non-fairness），即所有處于等待的線程被篩選執行是隨機的。這也就是為什么多線程往往執行順序比較混亂的原因。
若將上面的代碼改為s=new Semaphore(3);//即讓其每次可以并發3條線程，則輸出如下：
Thread0:正在打印一個任務
Thread9:正在打印一個任務
Thread8:正在打印一個任務
Thread7:正在打印一個任務
Thread6:正在打印一個任務
Thread5:正在打印一個任務
Thread3:正在打印一個任務
Thread4:正在打印一個任務
Thread2:正在打印一個任務
Thread1:正在打印一個任務
線程名：Thread9 睡眠：26線程名：Thread8 睡眠：46線程名：Thread0 睡眠：79 Thread9:文件已打印完畢
線程名：Thread7 睡眠：35 Thread8:文件已打印完畢
線程名：Thread6 睡眠：90 Thread7:文件已打印完畢
線程名：Thread5 睡眠：40 Thread0:文件已打印完畢
線程名：Thread3 睡眠：84 Thread5:文件已打印完畢
線程名：Thread4 睡眠：13 Thread4:文件已打印完畢
線程名：Thread2 睡眠：77 Thread6:文件已打印完畢
線程名：Thread1 睡眠：12 Thread1:文件已打印完畢
Thread3:文件已打印完畢
Thread2:文件已打印完畢
很明顯已經并發沖突了。若要實現分組（每組3個）并發嗎，則每一組也要進行同步，代碼修改如下：
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);//二進制信號量
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("線程名：%s 睡眠：%d\n",Thread.currentThread().getName(),duration);
Thread.sleep(duration);
freePrinters[printerIndex]=true;//恢復信號，供下次使用
}
catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
finally{
s.release();
}
}
//返回一個內部分組后的同步索引
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:正在打印一個任務\n ",Thread.currentThread().getName());
this.p.printJob(new Object());
System.out.printf(" %s:文件已打印完畢\n ",Thread.currentThread().getName());
}
}其中getIndex()方法主要為了維護內部分組后（支持并發3個）組內數據的同步（用lock來同步）。
輸出如下：
Thread0:正在打印一個任務
Thread9:正在打印一個任務
Thread8:正在打印一個任務
Thread7:正在打印一個任務
Thread6:正在打印一個任務
Thread5:正在打印一個任務
Thread4:正在打印一個任務
Thread3:正在打印一個任務
Thread2:正在打印一個任務
Thread1:正在打印一個任務
線程名：Thread0 睡眠：82 打印機：0號
線程名：Thread8 睡眠：61 打印機：2號
線程名：Thread9 睡眠：19 打印機：1號
Thread9:文件已打印完畢
線程名：Thread7 睡眠：82 打印機：1號
Thread8:文件已打印完畢
線程名：Thread6 睡眠：26 打印機：2號
Thread0:文件已打印完畢
線程名：Thread5 睡眠：31 打印機：0號
Thread6:文件已打印完畢
線程名：Thread4 睡眠：44 打印機：2號
Thread7:文件已打印完畢
線程名：Thread3 睡眠：54 打印機：1號
Thread5:文件已打印完畢
線程名：Thread2 睡眠：48 打印機：0號
Thread4:文件已打印完畢
線程名：Thread1 睡眠：34 打印機：2號
Thread3:文件已打印完畢
Thread2:文件已打印完畢
Thread1:文件已打印完畢
CountDownLatch同樣也是支持多任務并發的一個工具。它主要用于“等待多個并發事件”，它內部也有一個計數器，當調用await()方法時，線程處于等待狀態，只有當內部計數器為0時才繼續(countDown()方法來減少計數)，也就說，假若有一個需求是這樣的：主線程等待所有子線程都到達某一條件時才執行，那么只需要主線程await，然后在啟動每個子線程的時候進行countDown操作。下面模擬了一個開會的例子，只有當所有人員都到齊了，會議才能開始。
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
public class Program{
public static void main(String[] agrs){
//開啟可容納10人的會議室
VideoConference v=new VideoConference(10);
new Thread(v).start();
//參與人員陸續進場
for(int i=0;i<10;i++){
Participant p=new Participant(i+"號人員",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 已經到達！\n",name);
controller.countDown();
System.out.printf("還需要等 %d 個成員！\n",controller.getCount());
}
@Override
public void run(){
try{
System.out.printf("會議正在初始化...!\n");
controller.await();
System.out.printf("所有人都到齊了，開會吧!\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){
}
}
}輸出：
會議正在初始化...!
0號人員 已經到達！
還需要等 9 個成員！
1號人員 已經到達！
還需要等 8 個成員！
9號人員 已經到達！
還需要等 7 個成員！
4號人員 已經到達！
還需要等 6 個成員！
8號人員 已經到達！
還需要等 5 個成員！
5號人員 已經到達！
還需要等 4 個成員！
6號人員 已經到達！
還需要等 3 個成員！
3號人員 已經到達！
還需要等 2 個成員！
7號人員 已經到達！
還需要等 1 個成員！
2號人員 已經到達！
還需要等 0 個成員！
所有人都到齊了，開會吧!
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());
}
}運行結果：
Apps: Phase 0: 4 results.
System: Phase 0: 27 results.
Java的特點有哪些 1.Java語言作為靜態面向對象編程語言的代表，實現了面向對象理論，允許程序員以優雅的思維方式進行復雜的編程。 2.Java具有簡單性、面向對象、分布式、安全性、平臺獨立與可移植性、動態性等特點。 3.使用Java可以編寫桌面應用程序、Web應用程序、分布式系統和嵌入式系統應用程序等。
看完上述內容，你們掌握如何在Java中實現線程同步的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！
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