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java并發(fā)編程之深入理解Synchronized的使用

更新時(shí)間：2021年08月27日 15:39:52 作者：青苔小榭

文詳細(xì)講述了線程、進(jìn)程的關(guān)系及在操作系統(tǒng)中的表現(xiàn)，這是多線程學(xué)習(xí)必須了解的基礎(chǔ)。本文將接著講一下Java線程同步中的一個(gè)重要的概念synchronized，希望能夠給你有所幫助

1.為什么要使用synchronized

在并發(fā)編程中存在線程安全問(wèn)題，主要原因有：1.存在共享數(shù)據(jù) 2.多線程共同操作共享數(shù)據(jù)。關(guān)鍵字synchronized可以保證在同一時(shí)刻，只有一個(gè)線程可以執(zhí)行某個(gè)方法或某個(gè)代碼塊，同時(shí)synchronized可以保證一個(gè)線程的變化可見(jiàn)（可見(jiàn)性），即可以代替volatile。

2.實(shí)現(xiàn)原理

synchronized可以保證方法或者代碼塊在運(yùn)行時(shí)，同一時(shí)刻只有一個(gè)方法可以進(jìn)入到臨界區(qū)，同時(shí)它還可以保證共享變量的內(nèi)存可見(jiàn)性

3.synchronized的三種應(yīng)用方式

Java中每一個(gè)對(duì)象都可以作為鎖，這是synchronized實(shí)現(xiàn)同步的基礎(chǔ)：

普通同步方法（實(shí)例方法），鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象，進(jìn)入同步代碼前要獲得當(dāng)前實(shí)例的鎖
靜態(tài)同步方法，鎖是當(dāng)前類(lèi)的class對(duì)象，進(jìn)入同步代碼前要獲得當(dāng)前類(lèi)對(duì)象的鎖
同步方法塊，鎖是括號(hào)里面的對(duì)象，對(duì)給定對(duì)象加鎖，進(jìn)入同步代碼庫(kù)前要獲得給定對(duì)象的鎖。

4.synchronized的作用

Synchronized是Java中解決并發(fā)問(wèn)題的一種最常用最簡(jiǎn)單的方法，他可以確保線程互斥的訪問(wèn)同步代碼

5.舉栗子

**一、synchronized作用于實(shí)例方法**

①多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象的同一個(gè)方法

public class synchronizedTest implements Runnable {
    //共享資源
    static int i =0;
    /**
     * synchronized 修飾實(shí)例方法
     */
    public synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run(){
        for (int j =0 ; j<10000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        synchronizedTest test = new synchronizedTest();
        Thread t1 = new Thread(test);
        Thread t2 = new Thread(test);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

結(jié)果：

這里寫(xiě)圖片描述

分析：當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)對(duì)一個(gè)對(duì)象的一個(gè)方法進(jìn)行操作，只有一個(gè)線程能夠搶到鎖。因?yàn)橐粋€(gè)對(duì)象只有一把鎖，一個(gè)線程獲取了該對(duì)象的鎖之后，其他線程無(wú)法獲取該對(duì)象的鎖，就不能訪問(wèn)該對(duì)象的其他synchronized實(shí)例方法，需要等到對(duì)象被釋放后才能獲取，但是在對(duì)象沒(méi)有被釋放前，其他線程可以訪問(wèn)非synchronized修飾的方法

②一個(gè)線程獲取了該對(duì)象的鎖之后，其他線程來(lái)訪問(wèn)其他synchronized實(shí)例方法現(xiàn)象舉栗

public class SynchronizedTest {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("Method 1 start");
        try {
            System.out.println("Method 1 execute");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 1 end");
    }
    public synchronized void method2() {
        System.out.println("Method 2 start");
        try {
            System.out.println("Method 2 execute");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 2 end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest();
        new Thread(test::method1).start();
        new Thread(test::method2).start();
    }
}

結(jié)果：

這里寫(xiě)圖片描述

分析：可以看出其他線程來(lái)訪問(wèn)synchronized修飾的其他方法時(shí)需要等待線程1先把鎖釋放

③一個(gè)線程獲取了該對(duì)象的鎖之后，其他線程來(lái)訪問(wèn)其他非synchronized實(shí)例方法現(xiàn)象舉栗去掉②中方法二的synchronized

public class SynchronizedTest {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("Method 1 start");
        try {
            System.out.println("Method 1 execute");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 1 end");
    }
    public void method2() {
        System.out.println("Method 2 start");
        try {
            System.out.println("Method 2 execute");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 2 end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest();
        new Thread(test::method1).start();
        new Thread(test::method2).start();
    }
}

結(jié)果：

這里寫(xiě)圖片描述

分析：當(dāng)線程1還在執(zhí)行時(shí)，線程2也執(zhí)行了，所以當(dāng)其他線程來(lái)訪問(wèn)非synchronized修飾的方法時(shí)是可以訪問(wèn)的

④當(dāng)多個(gè)線程作用于不同的對(duì)象

public class SynchronizedTest {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("Method 1 start");
        try {
            System.out.println("Method 1 execute");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 1 end");
    }
    public synchronized void method2() {
        System.out.println("Method 2 start");
        try {
            System.out.println("Method 2 execute");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 2 end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedTest test1 = new SynchronizedTest();
        final SynchronizedTest test2 = new SynchronizedTest();
        new Thread(test1::method1).start();
        new Thread(test2::method2).start();
    }
}

結(jié)果：

在這里插入圖片描述

分析：因?yàn)閮蓚€(gè)線程作用于不同的對(duì)象，獲得的是不同的鎖，所以互相并不影響

**此處思考一個(gè)問(wèn)題：為什么分布式環(huán)境下synchronized失效？如何解決這種情況？

** **二、synchronized作用于靜態(tài)方法**

public class synchronizedTest implements Runnable {
    //共享資源
    static int i =0;
    /**
     * synchronized 修飾實(shí)例方法
     */
    public static synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run(){
        for (int j =0 ; j<10000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new synchronizedTest());
        Thread t2 = new Thread(new synchronizedTest());
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }

結(jié)果：

這里寫(xiě)圖片描述

分析：由例子可知，兩個(gè)線程實(shí)例化兩個(gè)不同的對(duì)象，但是訪問(wèn)的方法是靜態(tài)的，兩個(gè)線程發(fā)生了互斥（即一個(gè)線程訪問(wèn)，另一個(gè)線程只能等著），因?yàn)殪o態(tài)方法是依附于類(lèi)而不是對(duì)象的，當(dāng)synchronized修飾靜態(tài)方法時(shí)，鎖是class對(duì)象。

**三、synchronized作用于同步代碼塊**

為什么要同步代碼塊呢？在某些情況下，我們編寫(xiě)的方法體可能比較大，同時(shí)存在一些比較耗時(shí)的操作，而需要同步的代碼又只有一小部分，如果直接對(duì)整個(gè)方法進(jìn)行同步操作，可能會(huì)得不償失，此時(shí)我們可以使用同步代碼塊的方式對(duì)需要同步的代碼進(jìn)行包裹，這樣就無(wú)需對(duì)整個(gè)方法進(jìn)行同步操作了。

 public class synchronizedTest implements Runnable {
    static synchronizedTest instance=new synchronizedTest();
    static int i=0;
    @Override
    public void run() {
        //省略其他耗時(shí)操作....
        //使用同步代碼塊對(duì)變量i進(jìn)行同步操作,鎖對(duì)象為instance
        synchronized(instance){
            for(int j=0;j<10000;j++){
                i++;
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1=new Thread(instance);
        Thread t2=new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

結(jié)果：

這里寫(xiě)圖片描述

分析：將synchronized作用于一個(gè)給定的實(shí)例對(duì)象instance，即當(dāng)前實(shí)例對(duì)象就是鎖對(duì)象，每次當(dāng)線程進(jìn)入synchronized包裹的代碼塊時(shí)就會(huì)要求當(dāng)前線程持有instance實(shí)例對(duì)象鎖，如果當(dāng)前有其他線程正持有該對(duì)象鎖，那么新到的線程就必須等待，這樣也就保證了每次只有一個(gè)線程執(zhí)行i++;操作。當(dāng)然除了instance作為對(duì)象外，我們還可以使用this對(duì)象(代表當(dāng)前實(shí)例)或者當(dāng)前類(lèi)的class對(duì)象作為鎖，如下代碼：

//this,當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖
synchronized(this){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}
//class對(duì)象鎖
synchronized(AccountingSync.class){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}