Java synchronized同步方法詳解
面試題：
1.如何保證多線程下 i++ 結(jié)果正確？
2.一個線程如果出現(xiàn)了運行時異常會怎么樣?
3.一個線程運行時發(fā)生異常會怎樣？
為了避免臨界區(qū)的競態(tài)條件發(fā)生，有多種手段可以達到目的。
(1) 阻塞式的解決方案：synchronized，Lock
(2) 非阻塞式的解決方案：原子變量
synchronized 即俗稱的【對象鎖】，它采用互斥的方式讓同一 時刻至多只有一個線程能持有【對象鎖】，其它線程再想獲取這個【對象鎖】時就會阻塞住。這樣就能保證擁有鎖 的線程可以安全的執(zhí)行臨界區(qū)內(nèi)的代碼，不用擔(dān)心線程上下文切換。
1. synchronized 同步方法
當(dāng)使用synchronized關(guān)鍵字修飾一個方法的時候，該方法被聲明為同步方法，關(guān)鍵字synchronized的位置處于同步方法的返回類型之前。
public class SafeDemo {
// 臨界區(qū)資源
private static int i = 0;
// 臨界區(qū)代碼
public void selfIncrement(){
for(int j=0;j<5000;j++){
i++;
}
}
public int getI(){
return i;
}
}
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SafeDemo safeDemo = new SafeDemo();
// 線程1和線程2同時執(zhí)行臨界區(qū)代碼段
Thread t1 = new Thread(()->{
safeDemo.selfIncrement();
});
Thread t2 = new Thread(()->{
safeDemo.selfIncrement();
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(safeDemo.getI()); // 9906
}
}
可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)2個線程同時訪問臨界區(qū)的selfIncrement()方法時，就會出現(xiàn)競態(tài)條件的問題，即2個線程在臨界區(qū)代碼段的并發(fā)執(zhí)行結(jié)果因為代碼的執(zhí)行順序不同而導(dǎo)致結(jié)果無法預(yù)測，每次運行都會得到不一樣的結(jié)果。因此，為了避免競態(tài)條件的問題，我們必須保證臨界區(qū)代碼段操作具備排他性。這就意味著當(dāng)一個線程進入臨界區(qū)代碼段執(zhí)行時，其他線程不能進入臨界區(qū)代碼段執(zhí)行。
現(xiàn)在使用synchronized關(guān)鍵字對臨界區(qū)代碼段進行保護，代碼如下：
public class SafeDemo {
// 臨界區(qū)資源
private static int i = 0;
// 臨界區(qū)代碼使用synchronized關(guān)鍵字進行保護
public synchronized void selfIncrement(){
for(int j=0;j<5000;j++){
i++;
}
}
public int getI(){
return i;
}
}
經(jīng)過多次運行測試用例程序，累加10000次之后，最終的結(jié)果不再有偏差，與預(yù)期的結(jié)果（10000）是相同的。
在方法聲明中設(shè)置synchronized同步關(guān)鍵字，保證其方法的代碼執(zhí)行流程是排他性的。任何時間只允許一個線程進入同步方法（臨界區(qū)代碼段），如果其他線程需要執(zhí)行同一個方法，那么只能等待和排隊。
2. synchronized 方法將對象作為鎖
定義線程的執(zhí)行邏輯：
public class ThreadTask {
// 臨界區(qū)代碼使用synchronized關(guān)鍵字進行保護
public synchronized void test() {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" begin");
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" end");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
分別創(chuàng)建兩個線程，在兩個線程的執(zhí)行體中執(zhí)行線程邏輯：
public class ThreadA extends Thread {
ThreadTask threadTask ;
public ThreadA(ThreadTask threadTask){
super();
this.threadTask = threadTask;
}
@Override
public void run() {
threadTask.test();
}
}
public class ThreadB extends Thread {
ThreadTask threadTask ;
public ThreadB(ThreadTask threadTask){
super();
this.threadTask = threadTask;
}
@Override
public void run() {
threadTask.test();
}
}
創(chuàng)建一個鎖對象，傳給兩個線程：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadTask threadTask = new ThreadTask();
ThreadA t1 = new ThreadA(threadTask);
ThreadB t2 = new ThreadB(threadTask);
t1.start();
t2.start();
}
}
執(zhí)行結(jié)果：
Thread-0 begin
Thread-0 end
Thread-1 begin
Thread-1 end
這里兩個線程的鎖對象都是threadTask，所以同一時間只有一個線程能拿到這個鎖對象，執(zhí)行同步代碼塊。另外，需要牢牢記住“共享”這兩個字，只有共享資源的寫訪問才需要同步化，如果不是共享資源，那么就沒有同步的必要。
總結(jié)：
(1) A線程先持有object對象的鎖，B線程如果在這時調(diào)用object對象中的synchronized類型的方法，則需等待，也就是同步;
(2) 在方法聲明處添加synchronized并不是鎖方法，而是鎖當(dāng)前類的對象;
(3) 在Java中只有將對象作為鎖，并沒有鎖方法這種說法;
(4) 在Java語言中，鎖就是對象，對象可以映射成鎖，哪個線程拿到這把鎖，哪個線程就可以執(zhí)行這個對象中的synchronized同步方法;
(5) 如果在X對象中使用了synchronized關(guān)鍵字聲明非靜態(tài)方法，則X對象就被當(dāng)成鎖;
3. 多個鎖對象
創(chuàng)建兩個線程執(zhí)行邏輯ThreadTask對象，即產(chǎn)生了兩把鎖
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadTask threadTask1 = new ThreadTask();
ThreadTask threadTask2 = new ThreadTask();
// 兩個線程分別執(zhí)行兩個不同的線程執(zhí)行邏輯對象
ThreadA t1 = new ThreadA(threadTask1);
ThreadB t2 = new ThreadB(threadTask2);
t1.start();
t2.start();
}
}
執(zhí)行結(jié)果：
Thread-0 begin
Thread-1 begin
Thread-0 end
Thread-1 end
test()方法使用了synchronized關(guān)鍵字，任何時間只允許一個線程進入同步方法，如果其他線程需要執(zhí)行同一個方法，那么只能等待和排隊。執(zhí)行結(jié)果呈現(xiàn)了兩個線程交叉輸出的效果，說明兩個線程以異步方式同時運行。
在系統(tǒng)中產(chǎn)生了兩個鎖，ThreadA的鎖對象是threadTask1，ThreadB的鎖對象是threadTas2，線程和業(yè)務(wù)對象屬于一對一的關(guān)系，每個線程執(zhí)行自己所屬業(yè)務(wù)對象中的同步方法，不存在鎖的爭搶關(guān)系，所以運行結(jié)果是異步的。
synchronized方法的同步鎖實質(zhì)上使用了this對象鎖，哪個線程先執(zhí)行帶synchronized關(guān)鍵字的方法，哪個線程就持有該方法所屬對象作為鎖（哪個對象調(diào)用了帶有synchronized關(guān)鍵字的方法，哪個對象就是鎖），其他線程只能等待，前提是多個線程訪問的是同一個對象。
4. 如果同步方法內(nèi)的線程拋出異常會發(fā)生什么？
public class SafeDemo {
public synchronized void selfIncrement(){
if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
System.out.println("t1 線程正在運行");
int a=1;
// 死循環(huán)，只要t1線程沒有執(zhí)行完這個方法，就不會釋放鎖
while (a==1){
}
}else{
System.out.println("t2 線程正在運行");
}
}
}
public class SafeDemo {
public synchronized void selfIncrement(){
if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
System.out.println("t1 線程正在運行");
int a=1;
while (a==1){
Integer.parseInt("a");
}
}else{
System.out.println("t2 線程正在運行");
}
}
}
執(zhí)行結(jié)果：t2線程得不到執(zhí)行
t1 線程正在運行
此時，如果我們在同步方法中制造一個異常：
public class SafeDemo {
public synchronized void selfIncrement(){
if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
System.out.println("t1 線程正在運行");
int a=1;
while (a==1){
Integer.parseInt("a");
}
}else{
System.out.println("t2 線程正在運行");
}
}
}
線程t1出現(xiàn)異常并釋放鎖，線程t2進入方法正常輸出，說明出現(xiàn)異常時，鎖被自動釋放了。
5. 靜態(tài)的同步方法
在Java世界里一切皆對象。Java有兩種對象：Object實例對象和Class對象。每個類運行時的類型信息用Class對象表示，它包含與類名稱、繼承關(guān)系、字段、方法有關(guān)的信息。JVM將一個類加載入自己的方法區(qū)內(nèi)存時，會為其創(chuàng)建一個Class對象，對于一個類來說其Class對象是唯一的。Class類沒有公共的構(gòu)造方法，Class對象是在類加載的時候由Java虛擬機調(diào)用類加載器中的defineClass方法自動構(gòu)造的，因此不能顯式地聲明一個Class對象。
普通的synchronized實例方法，其同步鎖是當(dāng)前對象this的監(jiān)視鎖。如果某個synchronized方法是static（靜態(tài)）方法，而不是普通的對象實例方法，其同步鎖又是什么呢？
public class StaticSafe {
// 臨界資源
private static int count = 0;
// 使用synchronized關(guān)鍵字修飾static方法
public static synchronized void test(){
count++;
}
}
靜態(tài)方法屬于Class實例而不是單個Object實例，在靜態(tài)方法內(nèi)部是不可以訪問Object實例的this引用的。所以，修飾static方法的synchronized關(guān)鍵字就沒有辦法獲得Object實例的this對象的監(jiān)視鎖。
實際上，使用synchronized關(guān)鍵字修飾static方法時，synchronized的同步鎖并不是普通Object對象的監(jiān)視鎖，而是類所對應(yīng)的Class對象的監(jiān)視鎖。
為了以示區(qū)分，這里將Object對象的監(jiān)視鎖叫作對象鎖，將Class對象的監(jiān)視鎖叫作類鎖。當(dāng)synchronized關(guān)鍵字修飾static方法時，同步鎖為類鎖；當(dāng)synchronized關(guān)鍵字修飾普通的成員方法時，同步鎖為對象鎖。由于類的對象實例可以有很多，但是每個類只有一個Class實例，因此使用類鎖作為synchronized的同步鎖時會造成同一個JVM內(nèi)的所有線程只能互斥地進入臨界區(qū)段。
public class StaticSafe {
// 臨界資源
private static int count = 0;
// 對JVM內(nèi)的所有線程同步
public static synchronized void test(){
count++;
}
}
z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z'z所以，使用synchronized關(guān)鍵字修飾static方法是非常粗粒度的同步機制。
通過synchronized關(guān)鍵字所搶占的同步鎖什么時候釋放呢？一種場景是synchronized塊（代碼塊或者方法）正確執(zhí)行完畢，監(jiān)視鎖自動釋放；另一種場景是程序出現(xiàn)異常，非正常退出synchronized塊，監(jiān)視鎖也會自動釋放。所以，使用synchronized塊時不必擔(dān)心監(jiān)視鎖的釋放問題。
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
- Java多線程并發(fā)編程 Synchronized關(guān)鍵字
- Java中synchronized用法匯總
- Java并發(fā)系列之JUC中的Lock鎖與synchronized同步代碼塊問題
- Java中線程狀態(tài)+線程安全問題+synchronized的用法詳解
- Java中提供synchronized后為什么還要提供Lock
- Java 深入淺出分析Synchronized原理與Callable接口
- Java對象級別與類級別的同步鎖synchronized語法示例
- Java多線程之synchronized同步代碼塊詳解
- Java多線程并發(fā)synchronized?關(guān)鍵字
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