JAVA面試題 簡(jiǎn)談你對(duì)synchronized關(guān)鍵字的理解
面試官：sychronized關(guān)鍵字有哪些特性？
應(yīng)聘者：
- 可以用來修飾方法;
- 可以用來修飾代碼塊;
- 可以用來修飾靜態(tài)方法;
- 可以保證線程安全;
- 支持鎖的重入;
- sychronized使用不當(dāng)導(dǎo)致死鎖;
了解sychronized之前,我們先來看一下幾個(gè)常見的概念:內(nèi)置鎖、互斥鎖、對(duì)象鎖和類鎖。
內(nèi)置鎖
在Java中每一個(gè)對(duì)象都可以作為同步的鎖，那么這些鎖就被稱為內(nèi)置鎖。線程進(jìn)入同步代碼塊或方法的時(shí)候會(huì)自動(dòng)獲得該鎖，在退出同步代碼塊或方法時(shí)會(huì)釋放該鎖。獲得內(nèi)置鎖的唯一途徑就是進(jìn)入這個(gè)鎖的保護(hù)的同步代碼塊或方法。
互斥鎖
內(nèi)置鎖同時(shí)也是一個(gè)互斥鎖，這就是意味著最多只有一個(gè)線程能夠獲得該鎖，當(dāng)線程A嘗試去獲得線程B持有的內(nèi)置鎖時(shí)，線程A必須等待或者阻塞，直到線程B拋出異?；蛘哒?zhí)行完畢釋放這個(gè)鎖；如果B線程不釋放這個(gè)鎖，那么A線程將永遠(yuǎn)等待下去。
對(duì)象鎖和類鎖
對(duì)象鎖和類鎖在鎖的概念上基本上和內(nèi)置鎖是一致的，但是，兩個(gè)鎖實(shí)際是有很大的區(qū)別的。
- 對(duì)象鎖是用于對(duì)象實(shí)例方法；
- 類鎖是用于類的靜態(tài)方法或者一個(gè)類的class對(duì)象上的
一個(gè)對(duì)象無論有多少個(gè)同步方法區(qū)，它們共用一把鎖，某一時(shí)刻某個(gè)線程已經(jīng)進(jìn)入到某個(gè)synchronzed方法，那么在該方法沒有執(zhí)行完畢前，其他線程無法訪問該對(duì)象的任何synchronzied 方法的，但可以訪問非synchronzied方法。
如果synchronized方法是static的，那么當(dāng)線程訪問該方法時(shí)，它鎖的并不是synchronized方法所在的對(duì)象，而是synchronized方法所在對(duì)象的對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象，
因?yàn)閖ava中無論一個(gè)類有多少個(gè)對(duì)象，這些對(duì)象會(huì)對(duì)應(yīng)唯一一個(gè)Class對(duì)象，因此當(dāng)線程分別訪問同一個(gè)類的兩個(gè)對(duì)象的static，synchronized方法時(shí)，他們的執(zhí)行也是按順序來的，也就是說一個(gè)線程先執(zhí)行，一個(gè)線程后執(zhí)行。
synchronized的用法：修飾方法和修飾代碼塊，下面分別分析這兩種用法在對(duì)象鎖和類鎖上的效果。
對(duì)象鎖的synchronized修飾方法和代碼塊
public class TestSynchronized {
public void test1() {
synchronized (this) {
int i = 5;
while (i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
}
public synchronized void test2() {
int i = 5;
while (i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
public static void main(String[] args) {
final TestSynchronized myt2 = new TestSynchronized();
Thread test1 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
myt2.test1();
}
}, "test1");
Thread test2 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
myt2.test2();
}
}, "test2");
test1.start();
test2.start();
}
}
打印結(jié)果如下：
test2 : 4 test2 : 3 test2 : 2 test2 : 1 test2 : 0 test1 : 4 test1 : 3 test1 : 2 test1 : 1 test1 : 0
上述的代碼，第一個(gè)方法用了同步代碼塊的方式進(jìn)行同步，傳入的對(duì)象實(shí)例是this，表明是當(dāng)前對(duì)象；第二個(gè)方法是修飾方法的方式進(jìn)行同步
。因?yàn)榈谝粋€(gè)同步代碼塊傳入的this，所以兩個(gè)同步代碼所需要獲得的對(duì)象鎖都是同一個(gè)對(duì)象鎖，下面main方法時(shí)分別開啟兩個(gè)線程，分別調(diào)用test1和test2方法，那么兩個(gè)線程都需要獲得該對(duì)象鎖，另一個(gè)線程必須等待。
上面也給出了運(yùn)行的結(jié)果可以看到：直到test2線程執(zhí)行完畢，釋放掉鎖，test1線程才開始執(zhí)行。這里test2方法先搶到CPU資源，故它先執(zhí)行，它獲得了鎖，它執(zhí)行完畢后，test1才開始執(zhí)行。
如果我們把test2方法的synchronized關(guān)鍵字去掉，執(zhí)行結(jié)果會(huì)如何呢？
test1 : 4 test2 : 4 test2 : 3 test2 : 2 test2 : 1 test2 : 0 test1 : 3 test1 : 2 test1 : 1 test1 : 0
我們可以看到，結(jié)果輸出是交替著進(jìn)行輸出的，這是因?yàn)椋硞€(gè)線程得到了對(duì)象鎖，但是另一個(gè)線程還是可以訪問沒有進(jìn)行同步的方法或者代碼。進(jìn)行了同步的方法（加鎖方法）和沒有進(jìn)行同步的方法（普通方法）是互不影響的，一個(gè)線程進(jìn)入了同步方法，得到了對(duì)象鎖，其他線程還是可以訪問那些沒有同步的方法（普通方法）。
類鎖的修飾（靜態(tài)）方法和代碼塊
public class TestSynchronized {
public void test1() {
synchronized (TestSynchronized.class) {
int i = 5;
while (i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
}
public static synchronized void test2() {
int i = 5;
while (i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
public static void main(String[] args) {
final TestSynchronized myt2 = new TestSynchronized();
Thread test1 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
myt2.test1();
}
}, "test1");
Thread test2 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
TestSynchronized.test2();
}
}, "test2");
test1.start();
test2.start();
}
}
輸出結(jié)果如下：
test1 : 4 test1 : 3 test1 : 2 test1 : 1 test1 : 0 test2 : 4 test2 : 3 test2 : 2 test2 : 1 test2 : 0
類鎖修飾方法和代碼塊的效果和對(duì)象鎖是一樣的，因?yàn)轭愭i只是一個(gè)抽象出來的概念，只是為了區(qū)別靜態(tài)方法的特點(diǎn)，因?yàn)殪o態(tài)方法是所有對(duì)象實(shí)例共用的，所以對(duì)應(yīng)著synchronized修飾的靜態(tài)方法的鎖也是唯一的，所以抽象出來個(gè)類鎖。其實(shí)這里的重點(diǎn)在下面這塊代碼，synchronized同時(shí)修飾靜態(tài)和非靜態(tài)方法
public class TestSynchronized {
public synchronized void test1() {
int i = 5;
while (i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
public static synchronized void test2() {
int i = 5;
while (i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException ie) {
}
}
}
public static void main(String[] args) {
final TestSynchronized myt2 = new TestSynchronized();
Thread test1 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
myt2.test1();
}
}, "test1");
Thread test2 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
TestSynchronized.test2();
}
}, "test2");
test1.start();
test2.start();
}
}
輸出結(jié)果如下：
test1 : 4 test2 : 4 test1 : 3 test2 : 3 test2 : 2 test1 : 2 test2 : 1 test1 : 1 test1 : 0 test2 : 0
上面代碼synchronized同時(shí)修飾靜態(tài)方法和實(shí)例方法，但是運(yùn)行結(jié)果是交替進(jìn)行的，這證明了類鎖和對(duì)象鎖是兩個(gè)不一樣的鎖，控制著不同的區(qū)域，它們是互不干擾的。同樣，線程獲得對(duì)象鎖的同時(shí)，也可以獲得該類鎖，即同時(shí)獲得兩個(gè)鎖，這是允許的。
synchronized是如何保證線程安全的
如果有多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行，而這些線程可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行這段代碼。程序每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，就是線程安全的。
我們通過一個(gè)案例，演示線程的安全問題：
我們來模擬一下火車站賣票過程，總共有100張票，總共有三個(gè)窗口賣票。
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建票對(duì)象
Ticket ticket = new Ticket();
// 創(chuàng)建3個(gè)窗口
Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
// 模擬票
class Ticket implements Runnable {
// 共100票
int ticket = 100;
@Override
public void run() {
// 模擬賣票
while (true) {
if (ticket > 0) {
// 模擬選坐的操作
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣票:"
+ ticket--);
}
}
}
}
運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)：上面程序出現(xiàn)了問題
- 票出現(xiàn)了重復(fù)的票
- 錯(cuò)誤的票 0、-1
其實(shí)，線程安全問題都是由全局變量及靜態(tài)變量引起的。若每個(gè)線程中對(duì)全局變量、靜態(tài)變量只有讀操作，而無寫操作，這個(gè)全局變量是線程安全的；若有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行寫操作，一般都需要考慮線程同步，否則的話就可能影響線程安全。
那么出現(xiàn)了上述問題，我們應(yīng)該如何解決呢？
線程同步（線程安全處理Synchronized）
java中提供了線程同步機(jī)制，它能夠解決上述的線程安全問題。
線程同步的方式有兩種：
- 方式1：同步代碼塊
- 方式2：同步方法
同步代碼塊
同步代碼塊: 在代碼塊聲明上 加上synchronized
synchronized (鎖對(duì)象) {
可能會(huì)產(chǎn)生線程安全問題的代碼
}
同步代碼塊中的鎖對(duì)象可以是任意的對(duì)象；但多個(gè)線程時(shí)，要使用同一個(gè)鎖對(duì)象才能夠保證線程安全。
使用同步代碼塊，對(duì)火車站賣票案例中Ticket類進(jìn)行如下代碼修改：
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建票對(duì)象
Ticket ticket = new Ticket();
// 創(chuàng)建3個(gè)窗口
Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
// 模擬票
class Ticket implements Runnable {
// 共100票
int ticket = 100;
Object lock = new Object();
@Override
public void run() {
// 模擬賣票
while (true) {
// 同步代碼塊
synchronized (lock) {
if (ticket > 0) {
// 模擬選坐的操作
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "正在賣票:" + ticket--);
}
}
}
}
}
當(dāng)使用了同步代碼塊后，上述的線程的安全問題，解決了。
同步方法
同步方法：在方法聲明上加上synchronized
public synchronized void method(){
可能會(huì)產(chǎn)生線程安全問題的代碼
}
同步方法中的鎖對(duì)象是 this
使用同步方法，對(duì)火車站賣票案例中Ticket類進(jìn)行如下代碼修改：
public class SellTicket {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建票對(duì)象
Ticket ticket = new Ticket();
// 創(chuàng)建3個(gè)窗口
Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
// 模擬票
class Ticket implements Runnable {
// 共100票
int ticket = 100;
Object lock = new Object();
@Override
public void run() {
// 模擬賣票
while (true) {
// 同步方法
method();
}
}
// 同步方法,鎖對(duì)象this
public synchronized void method() {
if (ticket > 0) {
// 模擬選坐的操作
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在賣票:"
+ ticket--);
}
}
}
synchronized支持鎖的重入嗎？
我們先來看下面一段代碼：
public class ReentrantLockDemo {
public synchronized void a() {
System.out.println("a");
b();
}
private synchronized void b() {
System.out.println("b");
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ReentrantLockDemo d = new ReentrantLockDemo();
d.a();
}
}).start();
}
}
上述的代碼，我們分析一下，兩個(gè)方法，方法a和方法b都被synchronized關(guān)鍵字修飾，鎖對(duì)象是當(dāng)前對(duì)象實(shí)例，按照上文我們對(duì)synchronized的了解，如果調(diào)用方法a,在方法a還沒有執(zhí)行完之前，我們是不能執(zhí)行方法b的，方法a必須先釋放鎖，方法b才能執(zhí)行，方法b處于等待狀態(tài)，那樣不就形成死鎖了嗎？那么事實(shí)真的如分析一致嗎？
運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
a b
代碼很快就執(zhí)行完了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析不一致，這就引入了另外一個(gè)概念：重入鎖。在 java 內(nèi)部，同一線程在調(diào)用自己類中其他 synchronized 方法/塊或調(diào)用父類的 synchronized 方法/塊都不會(huì)阻礙該線程的執(zhí)行。就是說同一線程對(duì)同一個(gè)對(duì)象鎖是可重入的，而且同一個(gè)線程可以獲取同一把鎖多次，也就是可以多次重入。在JDK1.5后對(duì)synchronized關(guān)鍵字做了相關(guān)優(yōu)化。
synchronized死鎖問題
同步鎖使用的弊端：當(dāng)線程任務(wù)中出現(xiàn)了多個(gè)同步(多個(gè)鎖)時(shí)，如果同步中嵌套了其他的同步。這時(shí)容易引發(fā)一種現(xiàn)象：程序出現(xiàn)無限等待，這種現(xiàn)象我們稱為死鎖。這種情況能避免就避免掉。
synchronzied(A鎖){
synchronized(B鎖){
}
}
我們進(jìn)行下死鎖情況的代碼演示：
public class DeadLock {
Object obj1 = new Object();
Object obj2 = new Object();
public void a() {
synchronized (obj1) {
synchronized (obj2) {
System.out.println("a");
}
}
}
public void b() {
synchronized (obj2) {
synchronized (obj1) {
System.out.println("b");
}
}
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock d = new DeadLock();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
d.a();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
d.b();
}
}).start();
}
}
上述的代碼，我們分析一下，兩個(gè)方法，我們假設(shè)兩個(gè)線程T1,T2，T1運(yùn)行到方法a了，拿到了obj1這把鎖，此時(shí)T2運(yùn)行到方法b了，拿到了obj2這把鎖，T1要往下執(zhí)行，就必須等待T2釋放了obj2這把鎖，線程T2要往下面執(zhí)行，就必須等待T1釋放了持有的obj1這把鎖，他們兩個(gè)互相等待，就形成了死鎖。
為了演示的更明白，需要讓兩個(gè)方法執(zhí)行過程中睡眠10ms，要不然很難看到現(xiàn)象，因?yàn)橛?jì)算機(jī)執(zhí)行速度賊快
public class DeadLock {
Object obj1 = new Object();
Object obj2 = new Object();
public void a() {
synchronized (obj1) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (obj2) {
System.out.println("a");
}
}
}
public void b() {
synchronized (obj2) {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (obj1) {
System.out.println("b");
}
}
}
public static void main(String[] args) {
DeadLock d = new DeadLock();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
d.a();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
d.b();
}
}).start();
}
}
感興趣的童鞋，下去可以試一下，程序執(zhí)行不完，永遠(yuǎn)處于等待狀態(tài)。
總結(jié)
- sychronized是隱式鎖，是JVM底層支持的關(guān)鍵字，由JVM來維護(hù)；
- 單體應(yīng)用下，多線程并發(fā)操作時(shí)，使用sychronized關(guān)鍵字可以保證線程安全;
- sychronized可以用來修飾方法和代碼塊，此時(shí)鎖是當(dāng)前對(duì)象實(shí)例，修飾靜態(tài)方法時(shí)，鎖是對(duì)象的class字節(jié)碼文件;
- 一個(gè)線程進(jìn)入了sychronized修飾的同步方法，得到了對(duì)象鎖，其他線程還是可以訪問那些沒有同步的方法（普通方法）;
- sychronized支持鎖的重入;
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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