Java線程同步的實現方法

在多線程編程中，線程同步是必不可少的一個概念。線程同步指的是多個線程訪問共享資源時的控制問題。Java提供了多種實現線程同步的方法，這篇文章將從多個方面對線程同步的實現方法進行詳細闡述。

一、synchronized關鍵字

Java中的synchronized關鍵字是實現線程同步的最基本的方法。synchronized關鍵字可以將方法或代碼塊標記為同步的，從而保證同一時刻只有一個線程可以訪問被保護的方法或代碼塊，避免多個線程同時對共享資源進行訪問。

public class SyncTest implements Runnable {
 
    private synchronized void myMethod() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " print " + i);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
 
    @Override
    public void run() {
        myMethod();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        SyncTest test = new SyncTest();
        Thread thread1 = new Thread(test);
        Thread thread2 = new Thread(test);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

上面的例子中，myMethod方法被標記為synchronized，因此在同一時刻只有一個線程可以執行myMethod方法中的代碼塊。運行該程序可以看到兩個線程交替輸出數字。

二、使用Lock介面

Java 5引入了Lock介面，Lock介面提供了和synchronized關鍵字相同的功能，但是可以更加靈活地控制同步代碼塊的粒度。對於需要更加靈活地控制同步代碼塊的情況，可以考慮使用Lock介面。

public class LockTest implements Runnable {
 
    private Lock lock = new ReentrantLock();
 
    private void myMethod() {
        lock.lock();
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " print " + i);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
 
    @Override
    public void run() {
        myMethod();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        LockTest test = new LockTest();
        Thread thread1 = new Thread(test);
        Thread thread2 = new Thread(test);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

上面的例子中，使用ReentrantLock作為鎖對象，通過調用lock方法和unlock方法進行同步。與synchronized關鍵字的方式相比，Lock介面提供了更加靈活的同步粒度控制。

三、使用wait、notify和notifyAll方法

Java中的Object類提供了wait、notify和notifyAll三個方法，這三個方法可以用於實現線程間的通信和同步。wait方法使得當前線程等待，直到其他線程調用notify或notifyAll方法喚醒它。notify方法喚醒單個正在等待的線程，而notifyAll方法喚醒所有正在等待的線程。

public class WaitNotifyTest {
 
    private static final Object lock = new Object();
 
    static class MyThread1 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Thread 1 is running...");
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Thread 1 is resumed...");
            }
        }
    }
 
    static class MyThread2 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Thread 2 is running...");
                lock.notify();
                System.out.println("Thread 2 is completed...");
            }
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new MyThread1();
        Thread thread2 = new MyThread2();
        thread1.start();
        Thread.sleep(1000);
        thread2.start();
    }
}

上面的例子中，使用wait和notify方法實現了兩個線程之間的同步。Thread 1先獲取了lock對象的鎖，然後調用wait方法釋放鎖並等待，等待Thread 2調用lock對象的notify方法進行喚醒。Thread 2調用lock對象的notify方法喚醒了Thread 1。

四、使用Condition介面

Java 5引入了Condition介面，Condition介面是對wait、notify和notifyAll方法的升級版，可以讓線程更加精細地控制等待和通知的顆粒度。和Lock介面一樣，Condition介面可以更加靈活地控制同步代碼塊的粒度。

public class ConditionTest {
 
    private Lock lock = new ReentrantLock();
 
    private Condition condition = lock.newCondition();
 
    private void myMethod() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " await...");
            condition.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " resumed...");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
 
    public void signal() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Signal...");
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ConditionTest test = new ConditionTest();
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            try {
                test.myMethod();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            try {
                test.signal();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        thread1.start();
        Thread.sleep(1000);
        thread2.start();
    }
}

上面的例子中，使用Condition介面實現線程間的同步。myMethod方法獲取lock鎖對象並等待條件變數，通過調用condition.await方法進行等待。signal方法獲取lock鎖對象並發出喚醒信號，通過調用condition.signal方法進行喚醒。通過使用Condition介面可以更加靈活地控制同步的粒度。

五、總結

本文對Java線程同步的實現方法進行了詳細的闡述，包括synchronized關鍵字、Lock介面、wait、notify和notifyAll方法以及Condition介面。在多線程編程中，線程同步是一個非常重要的概念，合理地使用上述方法可以保證多個線程之間的正確協作。