什么是线程同步？（What is thread synchronization?）

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2023-12-01

当我们在程序中启动两个或多个线程时，可能存在多个线程尝试访问同一资源的情况，并且最终由于并发问题它们可能产生无法预料的结果。例如，如果多个线程尝试在同一个文件中写入，那么它们可能会破坏数据，因为其中一个线程可以覆盖数据，或者当一个线程同时打开同一个文件时，另一个线程可能正在关闭同一个文件。

因此需要同步多个线程的操作，并确保只有一个线程可以在给定的时间点访问资源。这是使用称为monitors的概念实现的。 Java中的每个对象都与一个监视器相关联，一个线程可以锁定或解锁。一次只有一个线程可以锁定监视器。

Java编程语言提供了一种非常方便的方法来创建线程并使用synchronized块同步其任务。您在此块中保留共享资源。以下是同步声明的一般形式 -

语法 (Syntax)

synchronized(objectidentifier) {
   // Access shared variables and other shared resources
}

这里， objectidentifier是对一个对象的引用，该对象的锁与synchronized语句所代表的监视器相关联。现在我们将看到两个示例，我们将使用两个不同的线程打印计数器。当线程不同步时，它们打印的计数器值不是按顺序排列的，但是当我们通过置于synchronized（）块内部打印计数器时，它会为两个线程按顺序打印计数器。

没有同步的多线程示例

这是一个简单的例子，可能会或可能不会按顺序打印计数器值，每次运行它时，它会根据线程的CPU可用性产生不同的结果。

例子 (Example)

class PrintDemo {
   public void printCount() {
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
            System.out.println("Counter   ---   "  + i );
         }
      } catch (Exception e) {
         System.out.println("Thread  interrupted.");
      }
   }
}
class ThreadDemo extends Thread {
   private Thread t;
   private String threadName;
   PrintDemo  PD;
   ThreadDemo( String name,  PrintDemo pd) {
      threadName = name;
      PD = pd;
   }
   public void run() {
      PD.printCount();
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }
   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}
public class TestThread {
   public static void main(String args[]) {
      PrintDemo PD = new PrintDemo();
      ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread - 1 ", PD );
      ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread - 2 ", PD );
      T1.start();
      T2.start();
      // wait for threads to end
         try {
         T1.join();
         T2.join();
      } catch ( Exception e) {
         System.out.println("Interrupted");
      }
   }
}

每次运行此程序时都会产生不同的结果 -

输出 (Output)

Starting Thread - 1
Starting Thread - 2
Counter   ---   5
Counter   ---   4
Counter   ---   3
Counter   ---   5
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Counter   ---   4
Thread Thread - 1  exiting.
Counter   ---   3
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Thread Thread - 2  exiting.

具有同步的多线程示例

下面是按顺序打印计数器值的相同示例，每次运行它时，都会产生相同的结果。

例子 (Example)

class PrintDemo {
   public void printCount() {
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
            System.out.println("Counter   ---   "  + i );
         }
      } catch (Exception e) {
         System.out.println("Thread  interrupted.");
      }
   }
}
class ThreadDemo extends Thread {
   private Thread t;
   private String threadName;
   PrintDemo  PD;
   ThreadDemo( String name,  PrintDemo pd) {
      threadName = name;
      PD = pd;
   }
   public void run() {
      synchronized(PD) {
         PD.printCount();
      }
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }
   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}
public class TestThread {
   public static void main(String args[]) {
      PrintDemo PD = new PrintDemo();
      ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread - 1 ", PD );
      ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread - 2 ", PD );
      T1.start();
      T2.start();
      // wait for threads to end
      try {
         T1.join();
         T2.join();
      } catch ( Exception e) {
         System.out.println("Interrupted");
      }
   }
}

每次运行此程序时都会产生相同的结果 -

输出 (Output)

Starting Thread - 1
Starting Thread - 2
Counter   ---   5
Counter   ---   4
Counter   ---   3
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Thread Thread - 1  exiting.
Counter   ---   5
Counter   ---   4
Counter   ---   3
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Thread Thread - 2  exiting.