詳解Java并發(fā)編程之內(nèi)置鎖(synchronized)

更新時(shí)間：2021年03月04日 08:45:50 投稿：mrr

這篇文章主要介紹了Java并發(fā)編程之內(nèi)置鎖(synchronized)的相關(guān)知識(shí)，本文給大家介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下

簡介

synchronized在JDK5.0的早期版本中是重量級(jí)鎖，效率很低，但從JDK6.0開始，JDK在關(guān)鍵字synchronized上做了大量的優(yōu)化，如偏向鎖、輕量級(jí)鎖等，使它的效率有了很大的提升。

synchronized的作用是實(shí)現(xiàn)線程間的同步，當(dāng)多個(gè)線程都需要訪問共享代碼區(qū)域時(shí)，對(duì)共享代碼區(qū)域進(jìn)行加鎖，使得每一次只能有一個(gè)線程訪問共享代碼區(qū)域，從而保證線程間的安全性。

因?yàn)闆]有顯式的加鎖和解鎖過程，所以稱之為隱式鎖，也叫作內(nèi)置鎖、監(jiān)視器鎖。

如下實(shí)例，在沒有使用synchronized的情況下，多個(gè)線程訪問共享代碼區(qū)域時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)與預(yù)想中不同的結(jié)果。

public class Apple implements Runnable {
 private int appleCount = 5;

 @Override
 public void run() {
  eatApple();
 }

 public void eatApple(){
  appleCount--;
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
 }

 public static void main(String[] args) {
  Apple apple = new Apple();
  Thread t1 = new Thread(apple, "小強(qiáng)");
  Thread t2 = new Thread(apple, "小明");
  Thread t3 = new Thread(apple, "小花");
  Thread t4 = new Thread(apple, "小紅");
  Thread t5 = new Thread(apple, "小黑");
  t1.start();
  t2.start();
  t3.start();
  t4.start();
  t5.start();
 }
}

可能會(huì)輸出如下結(jié)果：

小強(qiáng)吃了一個(gè)蘋果，還剩3個(gè)蘋果
小黑吃了一個(gè)蘋果，還剩3個(gè)蘋果
小明吃了一個(gè)蘋果，還剩2個(gè)蘋果
小花吃了一個(gè)蘋果，還剩1個(gè)蘋果
小紅吃了一個(gè)蘋果，還剩0個(gè)蘋果

輸出結(jié)果異常的原因是eatApple方法里操作不是原子的，如當(dāng)A線程完成appleCount的賦值，還沒有輸出，B線程獲取到appleCount的最新值，并完成賦值操作，然后A和B同時(shí)輸出。（A，B線程分別對(duì)應(yīng)小黑、小強(qiáng)）

如果改下eatApple方法如下，還會(huì)不會(huì)有線程安全問題呢？

public void eatApple(){
	System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + --appleCount + "個(gè)蘋果");
}

還是會(huì)有的，因?yàn)?-appleCount不是原子操作，--appleCount可以用另外一種寫法表示：appleCount = appleCount - 1，還是有可能會(huì)出現(xiàn)以上的異常輸出結(jié)果。

synchronized的使用

synchronized分為同步方法和同步代碼塊兩種用法，當(dāng)每個(gè)線程訪問同步方法或同步代碼塊區(qū)域時(shí)，首先需要獲得對(duì)象的鎖，搶到鎖的線程可以繼續(xù)執(zhí)行，搶不到鎖的線程則阻塞，等待搶到鎖的線程執(zhí)行完成后釋放鎖。

1.同步代碼塊

鎖的對(duì)象是object：

public class Apple implements Runnable {
 private int appleCount = 5;
 private Object object = new Object();

 @Override
 public void run() {
  eatApple();
 }

 public void eatApple(){
	//同步代碼塊，此時(shí)鎖的對(duì)象是object
  synchronized (object) {
   appleCount--;
   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
  }
 }

  //...省略main方法
}

2.同步方法，修飾普通方法

鎖的對(duì)象是當(dāng)前類的實(shí)例對(duì)象：

public class Apple implements Runnable {
 private int appleCount = 5;

 @Override
 public void run() {
  eatApple();
 }

 public synchronized void eatApple() {
  appleCount--;
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
 }

 //...省略main方法
}

等價(jià)于以下同步代碼塊的寫法：

public void eatApple() {
	synchronized (this) {
		appleCount--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
	}
}

3.同步方法，修飾靜態(tài)方法

鎖的對(duì)象是當(dāng)前類的class對(duì)象：

public class Apple implements Runnable {
 private static int appleCount = 5;

 @Override
 public void run() {
  eatApple();
 }

 public synchronized static void eatApple() {
  appleCount--;
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
 }

 //...省略main方法
}

等價(jià)于以下同步代碼塊的寫法：

public static void eatApple() {
	synchronized (Apple.class) {
		appleCount--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
	}
}

4.同步方法和同步代碼塊的區(qū)別

a.同步方法鎖的對(duì)象是當(dāng)前類的實(shí)例對(duì)象或者當(dāng)前類的class對(duì)象，而同步代碼塊鎖的對(duì)象可以是任意對(duì)象。

b.同步方法是使用synchronized修飾方法，而同步代碼塊是使用synchronized修飾共享代碼區(qū)域。同步代碼塊相對(duì)于同步方法來說粒度更細(xì)，鎖的區(qū)域更小，一般鎖范圍越小效率就越高。如下情況顯然同步代碼塊更適用：

public static void eatApple() {
	//不需要同步的耗時(shí)操作1
	//...
	synchronized (Apple.class) {
		appleCount--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
	}
	//不需要同步的耗時(shí)操作2
	//...
}

內(nèi)置鎖的可重入性

內(nèi)置鎖的可重入性是指當(dāng)某個(gè)線程試圖獲取一個(gè)它已經(jīng)持有的鎖時(shí)，它總是可以獲取成功。如下：

public static void eatApple() {
	synchronized (Apple.class) {
		synchronized (Apple.class) {
			synchronized (Apple.class) {
				appleCount--;
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
			}
		}
	}
}

如果鎖不是可重入的，那么假如某線程持有了該鎖，然后又需要等待持有該鎖的線程釋放鎖，這不就造成死鎖了嗎？

synchronized可以被繼承嗎？

synchronized不可以被繼承，如果子類中重寫后的方法需要實(shí)現(xiàn)同步，則需要手動(dòng)添加synchronized關(guān)鍵字。

public class AppleParent {
 public synchronized void eatApple(){

 }
}

public class Apple extends AppleParent implements Runnable {
 private int appleCount = 5;

 @Override
 public void run() {
  eatApple();
 }

 @Override
 public void eatApple() {
  appleCount--;
  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一個(gè)蘋果，還剩" + appleCount + "個(gè)蘋果");
 }

 //...省略main方法
}

基于內(nèi)置鎖的等待和喚醒

基于內(nèi)置鎖的等待和喚醒是使用Object類中的wait()和notify()或notifyAll()來實(shí)現(xiàn)的。這些方法的調(diào)用前提是已經(jīng)持有對(duì)應(yīng)的鎖，所以只能在同步方法或者同步代碼塊里調(diào)用。如果在沒有獲取到對(duì)應(yīng)鎖的情況下調(diào)用則會(huì)拋出IllegalMonitorStateException異常。下面介紹下相關(guān)的幾個(gè)方法：

wait()：使當(dāng)前線程無限期地等待，直到另一個(gè)線程調(diào)用notify()或notifyAll()。

wait(long timeout)：指定一個(gè)超時(shí)時(shí)間，超時(shí)時(shí)間過后線程將會(huì)被自動(dòng)喚醒。線程也可以在超時(shí)時(shí)間之前被notify()或notifyAll()喚醒。注意，wait(0)等同于調(diào)用wait()。

wait(long timeout, int nanos)：類似于wait(long timeout)，主要區(qū)別是wait(long timeout, int nanos)提供了更高的精度。

notify()：隨機(jī)喚醒一個(gè)在相同鎖對(duì)象上等待的線程。

notifyAll()：喚醒所有在相同鎖對(duì)象上等待的線程。

一個(gè)簡單的等待喚醒實(shí)例：

public class Apple {
 //蘋果數(shù)量
 private int appleCount = 0;

 /**
  * 買蘋果
  */
 public synchronized void getApple() {
  try {
   while (appleCount != 0) {
    wait();
   }
  } catch (InterruptedException ex) {
   ex.printStackTrace();
  }

  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "買了5個(gè)蘋果");
  appleCount = 5;
  notify();
 }

 /**
  * 吃蘋果
  */
 public synchronized void eatApple() {
  try {
   while (appleCount == 0) {
    wait();
   }
  } catch (InterruptedException ex) {
   ex.printStackTrace();
  }

  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了1個(gè)蘋果");
  appleCount--;
  notify();
 }
}

/**
 * 生產(chǎn)者，買蘋果
 */
public class Producer extends Thread{
 private Apple apple;

 public Producer(Apple apple, String name){
  super(name);
  this.apple = apple;
 }

 @Override
 public void run(){
  while (true)
  apple.getApple();
 }
}

/**
 * 消費(fèi)者，吃蘋果
 */
public class Consumer extends Thread{
 private Apple apple;

 public Consumer(Apple apple, String name){
  super(name);
  this.apple = apple;
 }

 @Override
 public void run(){
  while (true)
  apple.eatApple();
 }
}

public class Demo {
 public static void main(String[] args) {
  Apple apple = new Apple();
  Producer producer = new Producer(apple,"小明");
  Consumer consumer = new Consumer(apple, "小紅");
  producer.start();
  consumer.start();
 }
}

輸出結(jié)果：