（二）synchronized详解
1、了解synchronized
synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。当多个并发线程访问同一个对象中用synchronized修饰的代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，其他的线程均受阻塞，必须等待当前线程执行完毕，其他线程才能执行该代码块。
当前执行线程和其他线程是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。
2、使用synchronized修饰方法
实现线程有序计数
class Num implements Runnable {
private int count;
public Num() {
count = 0;
}
public synchronized void run() {//获取锁并排斥其他线程
/*
* 使用synchronized修饰run()方法
* 被修饰的方法称为同步方法
* 其作用的范围是整个方法
* 作用的对象是调用这个方法的对象
*/
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "数了" + (++count));
}
}//释放锁
}
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
Num n = new Num();
/*
* 使用Thread(Runnable target, String name) 这种构造方法
* 参数name就是新线程名称
*/
Thread thread1 = new Thread(n, "Tom");
Thread thread2 = new Thread(n, "Mike");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
使用synchronized修饰的结果如下：
当一个线程在执行任务代码时，另一个线程是被阻塞的，因此只有在Mike计数完成之后，Tom才开始计数。
对之前的代码稍作修改加以对比：
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(new Num(), "Tom");
Thread thread2 = new Thread(new Num(), "Mike");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
此时结果如下：
之所以出现使用了synchronized修饰，仍然乱序的结果，是因为因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，修改代码后相当于每个线程各自又创建了一个对象，因此存在两个对象以及两把锁，所以出现乱序，这也就意味着如果要使用同步锁，必须保证至少有两个或以上的线程，同时这多个线程都使用同一把锁。
注意：
- synchronized关键字不能继承。
虽然可以使用synchronized来修饰方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中重写了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：
//在子类方法中添加synchronized关键字
class Parent {
public synchronized void fun() {
}
}
class Child extends Parent {
public synchronized void fun() {
}
}
//在子类方法中调用父类的同步方法
class Parent {
public synchronized void fun() {
}
}
class Child extends Parent {
public void fun() {
super.fun();
}
}
- 在创建接口中的方法时不能使用synchronized关键字。
- 构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。
3、使用synchronized修饰静态方法
静态同步方法在进内存时不存在对象，但是存在其所属类的class类型的字节码文件对象，因此静态同步方法的锁就是该对象(.class)，锁定的是所属类的所有对象。
对 “ 实现线程有序计数 ” 案例做以下修改
class Num implements Runnable {
// 静态方法需要调用静态变量
private static int count;
public Num() {
count = 0;
}
// 定义静态同步方法
public synchronized static void fun() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "数了" + (++count));
}
}
// 重写run()方法，调用静态同步方法
public void run() {
fun();
}
}
public class Demo2 {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(new Num(), "Tom");
Thread thread2 = new Thread(new Num(), "Mike");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
此时结果如下：
虽然2个线程在执行时分别创建了2个对象，但由于run()方法调用了静态同步方法fun()，静态方法是属于类的，所以这2个对象相当于用了同一把锁，即所属类的字节码文件。虽然结果与Demo1相同，但实现原理是不同的。
4、使用synchronized修饰代码块
使用synchronized修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象，例如依然修改上述代码，将修饰方法改为修饰代码块：
class Num implements Runnable {
private static int count;
public Num() {
count = 0;
}
public void run() {
synchronized (this) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "数了" + (++count));
}
}
}
public int getCount() {
return count;
}
}
运行结果与修饰方法是相同的，只是形式不同，这里在方法内修饰代码块的作用域与直接修饰方法是一样的，都是run()方法内部。
当一个程序内存在使用synchronized修饰的代码块以及普通代码块时，多个线程可以同时访问这些代码块，访问普通代码块的线程之间仍然是争抢CPU的状态，访问同步代码块的线程受同步锁的影响会在结果上呈现先后顺序，示例代码如下：
class Test implements Runnable {
/*
* 创建测试类Test继承Runnable接口
* 该类包含两个方法 fun1()方法是使用synchronized修饰的
* 由线程A、C执行
* fun2()方法是普通方法
* 由线程B、D执行
* 重写run()方法
* 使4个线程分别能够执行fun1()和fun2()
*/
private int count;
public Test() {
count = 0;
}
public void fun1() {
synchronized (this) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + (count++));
}
}
}
public void fun2() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了CPU！");
}
}
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
if (threadName.equals("A")) {
fun1();
} else if (threadName.equals("B")) {
fun2();
} else if (threadName.equals("C")) {
fun1();
} else if (threadName.equals("D")) {
fun2();
}
}
}
public class Demo3 {
public static void main(String arg[]) {
Test t = new Test();
Thread thread1 = new Thread(t, "A");
Thread thread2 = new Thread(t, "B");
Thread thread3 = new Thread(t, "C");
Thread thread4 = new Thread(t, "D");
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
thread4.start();
}
}
此时结果如下：
线程B、D执行普通代码块，始终在争抢CPU，线程A、C执行同步代码块，因此是线程A执行完任务代码后，线程C才开始执行；但要注意线程A在执行时也同线程B、D在争抢CPU，这也证明了程序内存在同步代码块以及普通代码块的时候，线程是可以同时访问这些代码块并且互相之间不排斥的。
5、修改同步锁
对 Demo3 案例做一下修改
class Test implements Runnable {
private int count;
Object obj = new Object();
public Test() {
count = 0;
}
public void fun1() {
synchronized (obj) {// 该锁是obj对象
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + (count++));
}
}
}
public synchronized void fun2() {// 该锁是this对象
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了CPU！");
}
}
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
if (threadName.equals("A")) {
fun1();
} else if (threadName.equals("B")) {
fun2();
}
}
}
public class Demo4 {
public static void main(String arg[]) {
Test t = new Test();
Thread thread1 = new Thread(t, "A");
Thread thread2 = new Thread(t, "B");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
此时结果如下：
虽然2个线程传入的是同一个对象t，但在调用方法是，同步代码块的锁是obj对象，同步方法的锁是this对象，因此呈现在结果中，线程A、B依然在争抢CPU。
对上述代码加以修改：
class Test implements Runnable {
private int count;
public Test() {
count = 0;
}
public void fun1() {
synchronized (this) {// 该锁改为this对象
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：" + (count++));
}
}
}
public synchronized void fun2() {// 该锁依然是this对象
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "抢到了CPU！");
}
}
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
if (threadName.equals("A")) {
fun1();
} else if (threadName.equals("B")) {
fun2();
}
}
}
此时结果如下：
当两个线程调用的方法的锁都是this对象时，线程A、B受到同步锁的影响，只有一个线程执行完任务代码之后，另一个线程才开始执行。
提示：
当有一个明确的对象作为锁时，就采用以下类似的代码：
public void fun(){
// obj 锁定的对象
synchronized(obj){
// 要完成的任务
}
}
当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，可以创建一个特殊的对象来充当锁：
class Test implements Runnable
{
Object obj = new Object(); // 特殊的对象
public void fun() {
synchronized(obj) {
// 要完成的任务
}
}
}
6、单例设计模式中懒汉式并发访问的安全问题
有关单例设计模式的内容，请看单例设计模式。
class Single {
private Single() {
}
private static Single s;
public static Single getInstance() {
if (s == null) {
/*
* 之所以说懒汉式并发访问存在安全问题
* 原因就在这里
* 假设当线程t1抢占到CPU
* 执行到该注释位置时，CPU被t2抢走
* 当t2执行到该注释位置时
* CPU再次被t1抢回来
* 那么此时t1已经判断过s为空
* 会直接执行下一句代码创建对象
* 当t2也抢到CPU
* 也已经判断过s为空
* 同样会直接执行下一句代码创建对象
* 那么此时就会创建2个对象
* 无法保证单例
*/
s = new Single();
}
return s;
}
}
class Test implements Runnable {
public void run(){
Single s = Single.getInstance();
}
}
public class Demo5 {
public static void main(String[] args) {
Test t = new Test();
Thread t1 = new Thread(t);
Thread t2 = new Thread(t);
t1.start();
t2.start();
}
}
避免懒汉式出现该问题的方法之一，就是结合使用synchronized代码块，修改代码如下：
class Single {
private Single() {
}
private static Single s;
public static Single getInstance() {
/*
* 使用synchronized代码块包围创建对象部分
* 此时的锁是Single.class
* 由于判断锁需要消耗更多性能
* 因此添加if判断
* 可保证线程过多时
* 从第三个线程开始
* 先判断对象是否存在
* 而不是直接判断锁
* 从而提高性能
*/
if (s == null) {
synchronized (Single.class) {
if (s == null) {
s = new Single();
}
}
}
return s;
}
}
7、总结
-
当synchronized关键字作用的对象是非静态的，那么它取得的锁是对象；当synchronized作用的对象是静态的，那么它取得的锁是该类的字节码文件，该类的所有对象用同一把锁。
-
每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，哪个线程获得这个锁，该线程就可以运行它所控制的那段代码，此时其他线程无法访问。
-
实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。
注意：
随着JKD版本的更新，在1.5版本之后出现比synchronized更加强大的实现同步锁的方法，详情参考使用Lock接口与Condition接口实现生产者与消费者。
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