Java - 请说出与线程同步以及线程调度相关的方法。

时间：2022-08-06 19:29:03
- wait()：使一个线程处于等待（阻塞）状态，并且释放所持有的对象的锁；
- sleep()：使一个正在运行的线程处于睡眠状态，是一个静态方法，调用此方法要处理InterruptedException异常；
- notify()：唤醒一个处于等待状态的线程，当然在调用此方法的时候，并不能确切的唤醒某一个等待状态的线程，而是由JVM确定唤醒哪个线程，而且与优先级无关；

- notityAll()：唤醒所有处于等待状态的线程，该方法并不是将对象的锁给所有线程，而是让它们竞争，只有获得锁的线程才能进入就绪状态；

补充：Java 5通过Lock接口提供了显式的锁机制（explicit lock），增强了灵活性以及对线程的协调。Lock接口中定义了加锁（lock()）和解锁（unlock()）的方法，同时还提供了newCondition()方法来产生用于线程之间通信的Condition对象；此外，Java 5还提供了信号量机制（semaphore），信号量可以用来限制对某个共享资源进行访问的线程的数量。在对资源进行访问之前，线程必须得到信号量的许可（调用Semaphore对象的acquire()方法）；在完成对资源的访问后，线程必须向信号量归还许可（调用Semaphore对象的release()方法）。

下面的例子演示了100个线程同时向一个银行账户中存入1元钱，在没有使用同步机制和使用同步机制情况下的执行情况。

  • 银行账户类： 
/**
 * 银行账户
 *
 */
public class Account {
    private double balance;     // 账户余额

    /**
     * 存款
     * @param money 存入金额
     */
    public void deposit(double money) {
        double newBalance = balance + money;
        try {
            Thread.sleep(10);   // 模拟此业务需要一段处理时间
        }
        catch(InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        balance = newBalance;
    }

    /**
     * 获得账户余额
     */
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
}
  • 存钱线程类： 
/**
 * 存钱线程
 *
 */
public class AddMoneyThread implements Runnable {
    private Account account;    // 存入账户
    private double money;       // 存入金额

    public AddMoneyThread(Account account, double money) {
        this.account = account;
        this.money = money;
    }

    @Override
    public void run() {
        account.deposit(money);
    }

}
  • 测试类： 
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Test01 {

    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(100);

        for(int i = 1; i <= 100; i++) {
            service.execute(new AddMoneyThread(account, 1));
        }

        service.shutdown();

        while(!service.isTerminated()) {}

        System.out.println("账户余额: " + account.getBalance());
    }
}
在没有同步的情况下，执行结果通常是显示账户余额在10元以下，出现这种状况的原因是，当一个线程A试图存入1元的时候，另外一个线程B也能够进入存款的方法中，线程B读取到的账户余额仍然是线程A存入1元钱之前的账户余额，因此也是在原来的余额0上面做了加1元的操作，同理线程C也会做类似的事情，所以最后100个线程执行结束时，本来期望账户余额为100元，但实际得到的通常在10元以下（很可能是1元哦）。解决这个问题的办法就是同步，当一个线程对银行账户存钱时，需要将此账户锁定，待其操作完成后才允许其他的线程进行操作，代码有如下几种调整方案：
  • 在银行账户的存款（deposit）方法上同步（synchronized）关键字 
/**
 * 银行账户
 *
 */
public class Account {
    private double balance;     // 账户余额

    /**
     * 存款
     * @param money 存入金额
     */
    public synchronized void deposit(double money) {
        double newBalance = balance + money;
        try {
            Thread.sleep(10);   // 模拟此业务需要一段处理时间
        }
        catch(InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        balance = newBalance;
    }

    /**
     * 获得账户余额
     */
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
}
  • 在线程调用存款方法时对银行账户进行同步 
/**
 * 存钱线程
 *
 */
public class AddMoneyThread implements Runnable {
    private Account account;    // 存入账户
    private double money;       // 存入金额

    public AddMoneyThread(Account account, double money) {
        this.account = account;
        this.money = money;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (account) {
            account.deposit(money); 
        }
    }

}
  • 通过Java 5显示的锁机制，为每个银行账户创建一个锁对象，在存款操作进行加锁和解锁的操作 
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * 银行账户
 *
 */
public class Account {
    private Lock accountLock = new ReentrantLock();
    private double balance; // 账户余额

    /**
     * 存款
     * 
     * @param money 存入金额
     */
    public void deposit(double money) {
        accountLock.lock();
        try {
            double newBalance = balance + money;
            try {
                Thread.sleep(10); // 模拟此业务需要一段处理时间
            }
            catch (InterruptedException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
            balance = newBalance;
        }
        finally {
            accountLock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 获得账户余额
     */
    public double getBalance() {
        return balance;
    }
}
按照上述三种方式对代码进行修改后，重写执行测试代码Test01，将看到最终的账户余额为100元。当然也可以使用Semaphore或CountdownLatch来实现同步。
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