Java中的线程同步

为什么要实现线程同步

线程的同步是为了保证多个线程按照特定的顺序、协调地访问共享资源，避免数据不一致和竞争条件等问题。

线程同步的方式

1.synchronized关键字

（1）同步方法

public synchronized void save(){}

注： synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类

（2）同步代码块

通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码即可。我们要根据具体的业务逻辑来控制锁的粒度。

public class SynchronizedThread {
 
    class Bank {
 
        private int account = 200;
 
        public int getAccount() {
            return account;
        }
 
        /**
         * 用同步方法实现
         *
         * @param money
         */
        public synchronized void save(int money) {
            account += money;
        }
 
        /**
         * 用同步代码块实现
         *
         * @param money
         */
        public void save1(int money) {
            synchronized (this) {
                account += money;
            }
        }
    }
 
    class NewThread implements Runnable {
        private Bank bank;
 
        public NewThread(Bank bank) {
            this.bank = bank;
        }
 
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                // bank.save1(10);
                bank.save(10);
                System.out.println(i + "账户余额为：" + bank.getAccount());
            }
        }
 
    }
 
    /**
     * 建立线程，调用内部类
     */
    public void useThread() {
        Bank bank = new Bank();
        NewThread new_thread = new NewThread(bank);
        System.out.println("线程1");
        Thread thread1 = new Thread(new_thread);
        thread1.start();
        System.out.println("线程2");
        Thread thread2 = new Thread(new_thread);
        thread2.start();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();
        st.useThread();
    }
 
}
//400

2.使用重入锁reentrantLock()

class Bank {
 
            private int account = 100;
            //需要声明这个锁
            private Lock lock = new ReentrantLock();
            public int getAccount() {
                return account;
            }
            //这里不再需要synchronized 
            public void save(int money) {
                lock.lock();
                try{
                    account += money;
                }finally{
                    lock.unlock();
                }
 
            }
        ｝

3.使用wait()、notify()和notifyAll()方法

  1. 同步块：首先，必须在一个同步块中调用 wait(), notify(), 或 notifyAll() 方法，因为它们必须拥有目标对象的监视器锁。

  2. 调用 wait() 方法：当线程想要等待某个条件时，它会在一个同步块中调用 wait() 方法。这将使当前线程暂停执行并释放监视器锁，直到另一个线程调用 notify() 或 notifyAll()。

  3. 调用 notify() 或 notifyAll() 方法：当某个线程改变了共享资源的条件，使得其他等待的线程可以继续执行时，它会调用 notify() 或 notifyAll() 方法。notify() 方法随机唤醒一个等待线程，而 notifyAll() 方法唤醒所有等待线程。

以下是一个简单的例子，演示了如何使用这些方法：

public class WaitNotifyExample {

    // 共享资源
    private Object lock = new Object();

    public void consumer() throws InterruptedException {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("Consumer waiting for a product...");
            lock.wait(); // 等待产品
            System.out.println("Consumer got a product.");
        }
    }

    public void producer() {
        synchronized (lock) {
            System.out.println("Producer produced a product.");
            lock.notify(); // 唤醒等待的消费者线程
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        WaitNotifyExample example = new WaitNotifyExample();

        // 创建消费者线程
        Thread consumerThread = new Thread(() -> {
            try {
                example.consumer();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 创建生产者线程
        Thread producerThread = new Thread(example::producer);

        // 启动线程
        consumerThread.start();
        producerThread.start();
    }
}

在这个例子中：

  • consumer() 方法代表消费者线程，它在同步块中调用 wait() 方法等待一个产品。
  • producer() 方法代表生产者线程，它在同步块中调用 notify() 方法来通知消费者线程产品已经准备好了。
  • lock 对象用作同步监视器。

4.使用 CountDownLatch 实现线程同步

CountDownLatch 是一个允许一个或多个线程等待其他线程完成操作的同步工具。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 初始化计数器为3

        // 创建并启动三个线程
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " is running.");
                latch.countDown(); // 每个线程完成操作后，计数器减1
            }).start();
        }

        // 主线程等待直到计数器减到0
        latch.await();
        System.out.println("All threads have finished. Main thread is running.");
    }
}

下面举一些案例：

案例一（es数据批量导入）

在我们项目上线之前，我们需要把数据库中的数据一次性的同步到es索引库中，但是当时的数据好像是1000万左右，一次性读取数据肯定不行（oom异常），当时我就想到可以使用线程池的方式导入，利用CountDownLatch来控制，就能避免一次性加载过多，防止内存溢出

整体流程就是通过CountDownLatch+线程池配合去执行

详细实现流程：

具体代码如下：

​
@Service
@Transactional
@Slf4j
public class ApArticleServiceImpl implements ApArticleService {
 
    @Autowired
    private ApArticleMapper apArticleMapper;
 
    @Autowired
    private RestHighLevelClient client;
 
    @Autowired
    private ExecutorService executorService;
 
    private static final String ARTICLE_ES_INDEX = "app_info_article";
 
    private static final int PAGE_SIZE = 2000;
 
    /**
     * 批量导入
     */
    @SneakyThrows
    @Override
    public void importAll() {
 
        //总条数
        int count = apArticleMapper.selectCount();
        //总页数
        int totalPageSize = count % PAGE_SIZE == 0 ? count / PAGE_SIZE : count / PAGE_SIZE + 1;
        //开始执行时间
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        //一共有多少页，就创建多少个CountDownLatch的计数
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(totalPageSize);
 
        int fromIndex;
        List<SearchArticleVo> articleList = null;
 
        for (int i = 0; i < totalPageSize; i++) {
            //起始分页条数
            fromIndex = i * PAGE_SIZE;
            //查询文章
            articleList = apArticleMapper.loadArticleList(fromIndex, PAGE_SIZE);
            //创建线程，做批量插入es数据操作
            TaskThread taskThread = new TaskThread(articleList, countDownLatch);
            //执行线程
            executorService.execute(taskThread);
        }
 
        //调用await()方法,用来等待计数归零
        countDownLatch.await();
 
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        log.info("es索引数据批量导入共:{}条,共消耗时间:{}秒", count, (endTime - startTime) / 1000);
    }
    //将查出的单页数据同步到es的线程
    class TaskThread implements Runnable {
 
        List<SearchArticleVo> articleList;
        CountDownLatch cdl;
 
        public TaskThread(List<SearchArticleVo> articleList, CountDownLatch cdl) {
            this.articleList = articleList;
            this.cdl = cdl;
        }
 
        @SneakyThrows
        @Override
        public void run() {
            //批量导入
            BulkRequest bulkRequest = new BulkRequest(ARTICLE_ES_INDEX);
 
            for (SearchArticleVo searchArticleVo : articleList) {
                bulkRequest.add(new IndexRequest().id(searchArticleVo.getId().toString())
                        .source(JSON.toJSONString(searchArticleVo), XContentType.JSON));
            }
            //发送请求，批量添加数据到es索引库中
            client.bulk(bulkRequest, RequestOptions.DEFAULT);
 
            //让计数减一
            cdl.countDown();
        }
    }
}
 
​

案例二（数据汇总）

在一个电商网站中，用户下单之后，需要查询数据，数据包含了三部分：订单信息、包含的商品、物流信息；这三块信息都在不同的微服务中进行实现的，我们如何完成这个业务呢？

具体代码如下：

@RestController
@RequestMapping("/order_detail")
@Slf4j
public class OrderDetailController {
 
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;
 
    @Autowired
    private ExecutorService executorService;
 
 
    @SneakyThrows
    @GetMapping("/get/detail_new/{id}")
    public Map<String, Object> getOrderDetailNew() {
 
        long startTime = System.currentTimeMillis();
 
        Future<Map<String, Object>> f1 = executorService.submit(() -> {
            Map<String, Object> r =
                    restTemplate.getForObject("http://localhost:9991/order/get/{id}", Map.class, 1);
            return r;
        });
        Future<Map<String, Object>> f2 = executorService.submit(() -> {
            Map<String, Object> r =
                    restTemplate.getForObject("http://localhost:9991/product/get/{id}", Map.class, 1);
            return r;
        });
 
        Future<Map<String, Object>> f3 = executorService.submit(() -> {
            Map<String, Object> r =
                    restTemplate.getForObject("http://localhost:9991/logistics/get/{id}", Map.class, 1);
            return r;
        });
 
 
        Map<String, Object> resultMap = new HashMap<>();
        resultMap.put("order", f1.get());
        resultMap.put("product", f2.get());
        resultMap.put("logistics", f3.get());
 
        long endTime = System.currentTimeMillis();
 
        log.info("接口调用共耗时:{}毫秒",endTime-startTime);
        return resultMap;
    }
 
    @SneakyThrows
    @GetMapping("/get/detail/{id}")
    public Map<String, Object> getOrderDetail() {
 
        long startTime = System.currentTimeMillis();
 
        Map<String, Object> order = restTemplate.getForObject("http://localhost:9991/order/get/{id}", Map.class, 1);
 
        Map<String, Object> product = restTemplate.getForObject("http://localhost:9991/product/get/{id}", Map.class, 1);
 
        Map<String, Object> logistics = restTemplate.getForObject("http://localhost:9991/logistics/get/{id}", Map.class, 1);
 
        long endTime = System.currentTimeMillis();
 
 
 
        Map<String, Object> resultMap = new HashMap<>();
        resultMap.put("order", order);
        resultMap.put("product", product);
        resultMap.put("logistics", logistics);
 
        log.info("接口调用共耗时:{}毫秒",endTime-startTime);
        return resultMap;
    }
 
 
}

  • 在实际开发的过程中，难免需要调用多个接口来汇总数据，如果所有接口（或部分接口）的没有依赖关系，就可以使用线程池+future来提升性能

  • 报表汇总

5.用 CyclicBarrier 实现线程同步

CyclicBarrier 是一个允许一组线程互相等待，直到所有线程都达到某个屏障点的同步工具。与 CountDownLatch 不同，CyclicBarrier 可以被重用。

import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierExample {
    public static void main(String[] args) {
        int parties = 3;
        CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(parties, () -> {
            System.out.println("All threads have reached the barrier. Barrier action executed.");
        });

        // 创建并启动三个线程
        for (int i = 0; i < parties; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " is waiting on barrier.");
                    barrier.await(); // 线程在屏障处等待
                    System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " has passed the barrier.");
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

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