如何让 Java 的线程彼此同步

引言

在多线程编程中，线程间的同步是一个重要的概念。Java提供了多种机制来让线程彼此同步，以确保线程之间的协作和数据的一致性。本文将介绍Java中常用的同步器，并详细解释各个同步器的特点和适用场景。

1. 锁（Lock）

锁是Java中最基本的同步机制。通过加锁，可以确保同一时间只有一个线程能够访问被锁定的资源，从而实现线程的互斥访问。Java中的锁有两种方式：内置锁（synchronized关键字）和显式锁（Lock接口的实现类）。

内置锁（synchronized）

内置锁是Java中最常用的同步机制之一。通过在方法或代码块上使用synchronized关键字，可以将其标记为临界区，以确保同一时间只能有一个线程访问。

public synchronized void method() {
    // 临界区代码
}

内置锁具有自动释放的特点，当线程执行完临界区的代码后，会自动释放锁。

显式锁（Lock接口）

Java提供了Lock接口及其实现类（如ReentrantLock）来实现显式锁。相比于内置锁，显式锁提供了更多的灵活性和额外的功能，如可中断的获取锁、超时获取锁等。

Lock lock = new ReentrantLock();

public void method() {
    lock.lock();
    try {
        // 临界区代码
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

显式锁需要手动释放锁，在finally块中调用unlock()方法来释放锁，以确保在任何情况下都能释放锁。

2. 信号量（Semaphore）

信号量是一种用于控制资源访问权限的同步器。通过信号量，可以限制对某个资源的并发访问数量。Java中的信号量由Semaphore类实现。

Semaphore semaphore = new Semaphore(10); // 允许同时访问的线程数量为10

public void method() throws InterruptedException {
    try {
        semaphore.acquire(); // 获取信号量
        // 访问资源的代码
    } finally {
        semaphore.release(); // 释放信号量
    }
}

通过调用acquire()方法获取信号量，可以控制同时访问资源的线程数量。当资源不可用时，调用acquire()方法会阻塞线程，直到有一个资源可用。而release()方法用于释放信号量，使得其他被阻塞的线程可以继续执行。

3. 计数器（CountDownLatch）

计数器是一种基于计数的同步器，它允许一个或多个线程等待其他线程完成某个或某些操作，然后再继续执行。Java中的计数器由CountDownLatch类实现。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5); // 初始化计数为5

public void method() throws InterruptedException {
    // 执行一些操作

    latch.countDown(); // 计数减1

    latch.await(); // 等待计数归零
    // 继续执行其他操作
}

在主线程中调用await()方法，可以令主线程等待计数归零。在其他线程中调用countDown()方法，可以将计数减1。当计数归零时，主线程会继续执行。

4. 栅栏（CyclicBarrier）

栅栏是一种等待所有线程都达到某个状态后才能继续执行的同步机制。Java中的栅栏由C