Java多线程同步教程－－BusyFlag或Lock (上)

    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：

import java.util.java/util/HashMap.java.html" target="_blank">HashMap;
import java.util.java/util/Map.java.html" target="_blank">Map;
class Account {
java/lang/String.java.html" target="_blank">String name;
//float amount;
//使用一个Map模拟持久存储
static java/util/Map.java.html" target="_blank">Map storage = new java/util/HashMap.java.html" target="_blank">HashMap();
static {
storage.put("John", new java/lang/Float.java.html" target="_blank">Float(1000.0f));
storage.put("Mike", new java/lang/Float.java.html" target="_blank">Float(800.0f));
}
public Account(java/lang/String.java.html" target="_blank">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 = ((java/lang/Float.java.html" target="_blank">Float)storage.get(name)).floatValue();
storage.put(name, new java/lang/Float.java.html" target="_blank">Float(amount + amt));
}
public synchronized void withdraw(float amt) throws InsufficientBalanceException {
float amount = ((java/lang/Float.java.html" target="_blank">Float)storage.get(name)).floatValue();
if (amount >= amt)
amount -= amt;
else
throw new InsufficientBalanceException();
storage.put(name, new java/lang/Float.java.html" target="_blank">Float(amount));
}
public float getBalance() {
float amount = ((java/lang/Float.java.html" target="_blank">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(java/lang/String.java.html" target="_blank">String name) {
if (acc != null)
throw new java/lang/IllegalArgumentException.java.html" target="_blank">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(java/lang/String.java.html" target="_blank">String[] args) {
ATMTester tester = new ATMTester();
final java/lang/Thread.java.html" target="_blank">Thread thread[] = new java/lang/Thread.java.html" target="_blank">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 java/lang/Thread.java.html" target="_blank">Thread(tester.new Runner(atm[i]));
thread[i].start();
}
}
class Runner implements java/lang/Runnable.java.html" target="_blank">Runnable {
ATM atm;
Runner(ATM atm) {
this.atm = atm;
}
public void run() {
atm.login("John");
//查询余额
float bal = atm.getBalance();
try {
java/lang/Thread.java.html" target="_blank">Thread.sleep(1); //模拟人从查询到取款之间的间隔
} catch (java/lang/InterruptedException.java.html" target="_blank">InterruptedException e) {
// ignore it
}
try {
java/lang/System.java.html" target="_blank">System.out.println("Your balance is:" + bal);
java/lang/System.java.html" target="_blank">System.out.println("withdraw:" + bal * 0.8f);
atm.withdraw(bal * 0.8f);
java/lang/System.java.html" target="_blank">System.out.println("deposit:" + bal * 0.8f);
atm.deposit(bal * 0.8f);
} catch (InsufficientBalanceException e1) {
java/lang/System.java.html" target="_blank">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。

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请阅读下篇：Java多线程同步教程－－BusyFlag或Lock (下)