Java多线程编程(2)-锁机制
1.互斥和同步
线程锁机制是为了线程间通信的互斥问题，这里我们先说说什么是互斥和同步。
互斥： 线程间的间接制约关系。线程A和线程B的执行都需要资源C，当线程A持有资源C的时候，线程B需要等到线程A执行完毕、释放资源C以后才能执行，这就是互斥关系。
同步：线程间的直接制约关系。线程A依赖于线程B，只有等B执行了某操作以后，线程A才能执行。
java的锁机制是通过synchronized关键字来实现的，它包括synchronized方法和synchronized块两种方式。
2.synchronized方法
通过在方法声明中加入synchronized关键字来声明synchronized方法，语法如下。
public synchronized void process(){}
当多个线程访问同一个synchronized方法的时候，必须获取调用该方法的类实例的锁才能执行，否则所属线程被阻塞。方法一旦执行，就独占该锁，直到该方法返回才把锁释放。此后，其它被阻塞的线程才能获得锁，并执行。
这种机制，在同一时刻，对于同一个类实例，有且仅有一个声明为synchronized的成员方法被执行，不管这个类有多少synchronized方法。这带来了一个缺陷，若将一个运行时间较长的方法声明为synchronized，并且被调用，那么本类中其它的synchronized方法就不能运行。
Java提供了synchronized块来规避这个问题。
3.synchronized块
通过 synchronized 关键字来声明synchronized 块，语法如下：
synchronized(syncObject) {
//允许访问控制的代码
}
synchronized 块必须获得syncObject对象的锁才能执行。由于可以针对任意代码块设置不同的上锁对象，因此 synchronized 块具有更高的灵活性。
下面给出一个代码示例，可以通过注释掉synchronized 来观察效果。
4.示例代码
过年的时候大家都玩发红包，这里我们就以红包来做个示例，一共3个类，分别是
1.红包类(GiftMoney)，包含了钱包数组，和钱包之间互相转账发红包的方法、获得所有钱包货币总额的方法。去掉synchronized后，可以通过观察控制台中输出的货币总额来体会synchronized的作用。
2.红包任务类(MoneyTransferTask)，实现Runnable接口，调用发红包的方法。
3.测试类(Main)，创建多个线程，执行发红包。
GiftMoney.java
/**
* 红包系统， 过年了，大家都互相送红包(GiftMoney)。
*
* 所有红包中的货币总量是不变的。
*
* * 红包不会凭空创造或者消息，只会从一个人发给另一个人。
*/
public class GiftMoney {
// 钱包
private final double[] wallets;
private final Object lockObj = new Object();
/**
*
* @param n 钱包的数量（一个钱包就是代表一个人）
* @param initialMoney 每个钱包中里初始的钱数
*/
public GiftMoney(int n, double initialMoney) {
wallets = new double[n];
for (int i = 0; i < wallets.length; i++) {
wallets[i] = initialMoney;
}
}
/**
* 发红包，钱从一个钱包转到另一个钱包
*
* @param from 发红包的人
* @param to 收红包的人
* @param amount 红包钱数
*/
public void transfer(int from, int to, double amount) {
synchronized (lockObj) {
while (wallets[from] < amount) {
try {
// 条件不满足，当前任务被放入Wait Set，释放CPU资源
lockObj.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.print(Thread.currentThread().getName());
wallets[from] -= amount;
System.out.printf("\t %d给%d发了%10.2f的红包。", from, to, amount);
wallets[to] += amount;
System.out.printf("货币总量:\t %10.2f%n", getTotalMoney());
// 唤醒lockObj上的所有等待线程
lockObj.notifyAll();
}
}
/**
* 返回货币总量
*/
public double getTotalMoney() {
double sum = 0;
for (int i = 0; i < wallets.length; i++) {
sum += wallets[i];
}
return sum;
}
/**
* 获得钱包的总数
*/
public int getWalletsLength() {
return wallets.length;
}
}
MoneyTransferTask.java
public class MoneyTransferTask implements Runnable {
// 红包系统
private GiftMoney gm;
// 红包来源的钱包index
private int fromWallet;
// 每次可以发的红包金额最大值
private double maxAmount;
public MoneyTransferTask(GiftMoney gm, int from, double max) {
this.gm = gm;
this.fromWallet = from;
this.maxAmount = max;
}
public void run() {
try {
while (true) {
//随机获取到收红包的toWallet， 随机产生红包中的金额amount
int toWallet = (int) (gm.getWalletsLength() * Math.random());
double amount = maxAmount * Math.random();
//发红包
gm.transfer(fromWallet, toWallet, amount);
Thread.sleep(3000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
Main.java
public class Main{
// 一共100个钱包
public static final int WALLET_AMOUNT = 100;
// 每个钱包中的初始金额是1000元
public static final double INITIAL_AMOUNT = 1000;
public static void main(String[] args) {
GiftMoney gm = new GiftMoney(WALLET_AMOUNT, INITIAL_AMOUNT);
for (int i = 0; i < WALLET_AMOUNT; i++) {
MoneyTransferTask mtt = new MoneyTransferTask(gm, i, INITIAL_AMOUNT);
Thread t = new Thread(mtt, "TransferThread_" + i);
t.start();
}
}
}