Java语言内置了synchronized关键字用于对多线程进行同步,大大方便了Java中多线程程序的编写。
但是仅仅使用 synchronized关键字还不能满足对多线程进行同步的所有需要。大家知道,synchronized仅仅能够对方法或者代码块进行同步,如果我们一个应用需要跨越多个方法进行同步,synchroinzed就不能胜任了。在C++中有很多同步机制,比如信号量、互斥体、临届区等。在Java中也可以在synchronized语言特性的基础上,在更高层次构建这样的同步工具,以方便我们的使用。
当前,广为使用的是由Doug Lea编写的一个Java中同步的工具包,可以在这儿了解更多这个包的详细情况:
http://gee.cs.oswego.edu/dl/classes/EDU/oswego/cs/dl/util/concurrent/intro.html
该工具包已经作为JSR166正处于JCP的控制下,即将作为JDK1.5的正式组成部分。本文并不打算详细剖析这个工具包,而是对多种同步机制的一个介绍,同时给出这类同步机制的实例实现,这并不是工业级的实现。但其中会参考Doug Lea的这个同步包中的工业级实现的一些代码片断。
本例中还沿用上篇中的Account类,不过我们这儿编写一个新的ATM类来模拟自动提款机,通过一个ATMTester的类,生成10个ATM线程,同时对John账户进行查询、提款和存款操作。Account类做了一些改动,以便适应本篇的需要:
- mport java.util.HashMap;
- import java.util.Map;
- class Account {
- String name;
- //float amount;
- //使用一个Map模拟持久存储
- static Map storage = new HashMap();
- static {
- storage.put("John", new Float(1000.0f));
- storage.put("Mike", new Float(800.0f));
- }
- public Account(String name) {
- //System.out.println("new account:" + name);
- this.name = name;
- //this.amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
- }
- public synchronized void deposit(float amt) {
- float amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
- storage.put(name, new Float(amount + amt));
- }
- public synchronized void withdraw(float amt) throws InsufficientBalanceException {
- float amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
- if (amount >= amt)
- amount -= amt;
- else
- throw new InsufficientBalanceException();
- storage.put(name, new Float(amount));
- }
- public float getBalance() {
- float amount = ((Float)storage.get(name)).floatValue();
- return amount;
- }
- }
在新的Account类中,我们采用一个HashMap来存储账户信息。Account由ATM类通过login登录后使用:
- public class ATM {
- Account acc;
- //作为演示,省略了密码验证
- public boolean login(String name) {
- if (acc != null)
- throw new IllegalArgumentException("Already logged in!");
- acc = new Account(name);
- return true;
- }
- public void deposit(float amt) {
- acc.deposit(amt);
- }
- public void withdraw(float amt) throws InsufficientBalanceException {
- acc.withdraw(amt);
- }
- public float getBalance() {
- return acc.getBalance();
- }
- public void logout () {
- acc = null;
- }
- }
下面是ATMTester,在ATMTester中首先生成了10个ATM实例,然后启动10个线程,同时登录John的账户,先查询余额,然后,再提取余额的80%,然后再存入等额的款(以维持最终的余额的不变)。按照我们的预想,应该不会发生金额不足的问题。首先看代码:
- public class ATMTester {
- private static final int NUM_OF_ATM = 10;
- public static void main(String[] args) {
- ATMTester tester = new ATMTester();
- final Thread thread[] = new Thread[NUM_OF_ATM];
- final ATM atm[] = new ATM[NUM_OF_ATM];
- for (int i=0; i<NUM_OF_ATM; i++) {
- atm[i] = new ATM();
- thread[i] = new Thread(tester.new Runner(atm[i]));
- thread[i].start();
- }
- }
- class Runner implements Runnable {
- ATM atm;
- Runner(ATM atm) {
- this.atm = atm;
- }
- public void run() {
- atm.login("John");
- //查询余额
- float bal = atm.getBalance();
- try {
- Thread.sleep(1); //模拟人从查询到取款之间的间隔
- } catch (InterruptedException e) {
- // ignore it
- }
- try {
- System.out.println("Your balance is:" + bal);
- System.out.println("withdraw:" + bal * 0.8f);
- atm.withdraw(bal * 0.8f);
- System.out.println("deposit:" + bal * 0.8f);
- atm.deposit(bal * 0.8f);
- } catch (InsufficientBalanceException e1) {
- System.out.println("余额不足!");
- } finally {
- atm.logout();
- }
- }
- }
- }
运行ATMTester,结果如下(每次运行结果都有所差异):
Your balance is:1000.0
withdraw:800.0
deposit:800.0
Your balance is:1000.0
Your balance is:1000.0
withdraw:800.0
withdraw:800.0
余额不足!
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
余额不足!
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
Your balance is:200.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
withdraw:160.0
deposit:160.0
余额不足!
余额不足!
余额不足!
余额不足!
余额不足!
余额不足!
为什么会出现这样的情况?因为我们这儿是多个ATM同时对同一账户进行操作,比如一个ATM查询出了余额为1000,第二个ATM也查询出了余额1000,然后两者都期望提取出800,那么只有第1个用户能够成功提出,因为在第1个提出800后,账户真实的余额就只有200了,而第二个用户仍认为余额为 1000。这个问题是由于多个ATM同时对同一个账户进行操作所不可避免产生的后果。要解决这个问题,就必须限制同一个账户在某一时刻,只能由一个ATM 进行操作。如何才能做到这一点?直接通过synchronized关键字可以吗?非常遗憾!因为我们现在需要对整个Account的多个方法进行同步,这是跨越多个方法的,而synchronized仅能对方法或者代码块进行同步。在下一篇我们将通过编写一个锁对象达到这个目的。
Java多线程同步教程--BusyFlag或Lock (上)
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