面試題：

1.如何保證多線程下 i++ 結(jié)果正確？

2.一個(gè)線程如果出現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)異常會(huì)怎么樣?

3.一個(gè)線程運(yùn)行時(shí)發(fā)生異常會(huì)怎樣？

為了避免臨界區(qū)的競(jìng)態(tài)條件發(fā)生，有多種手段可以達(dá)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(duì)象鎖】，它采用互斥的方式讓同一 時(shí)刻至多只有一個(gè)線程能持有【對(duì)象鎖】，其它線程再想獲取這個(gè)【對(duì)象鎖】時(shí)就會(huì)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(gè)方法的時(shí)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(shí)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(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)臨界區(qū)的selfIncrement()方法時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)競(jìng)態(tài)條件的問(wèn)題，即2個(gè)線程在臨界區(qū)代碼段的并發(fā)執(zhí)行結(jié)果因?yàn)榇a的執(zhí)行順序不同而導(dǎo)致結(jié)果無(wú)法預(yù)測(cè)，每次運(yùn)行都會(huì)得到不一樣的結(jié)果。因此，為了避免競(jìng)態(tài)條件的問(wèn)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(gè)線程進(jìn)入臨界區(qū)代碼段執(zhí)行時(shí)，其他線程不能進(jìn)入臨界區(qū)代碼段執(zhí)行。

現(xiàn)在使用synchronized關(guān)鍵字對(duì)臨界區(qū)代碼段進(jìn)行保護(hù)，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(jìn)行保護(hù)
    public synchronized void selfIncrement(){
        for(int j=0;j<5000;j++){
            i++;
        }
    }

    public int getI(){
        return i;
    }
}

經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行測(cè)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(shí)間只允許一個(gè)線程進(jìn)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(gè)方法，那么只能等待和排隊(duì)。

2. synchronized 方法將對(duì)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(jìn)行保護(hù)
    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(gè)線程，在兩個(gè)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(gè)鎖對(duì)象，傳給兩個(gè)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(gè)線程的鎖對(duì)象都是threadTask，所以同一時(shí)間只有一個(gè)線程能拿到這個(gè)鎖對(duì)象，執(zhí)行同步代碼塊。另外，需要牢牢記住“共享”這兩個(gè)字，只有共享資源的寫訪問(wèn)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(duì)象的鎖，B線程如果在這時(shí)調(diào)用object對(duì)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(duì)象;

(3) 在Java中只有將對(duì)象作為鎖，并沒有鎖方法這種說(shuō)法;

(4) 在Java語(yǔ)言中，鎖就是對(duì)象，對(duì)象可以映射成鎖，哪個(gè)線程拿到這把鎖，哪個(gè)線程就可以執(zhí)行這個(gè)對(duì)象中的synchronized同步方法;

(5) 如果在X對(duì)象中使用了synchronized關(guān)鍵字聲明非靜態(tài)方法，則X對(duì)象就被當(dāng)成鎖;

3. 多個(gè)鎖對(duì)象

創(chuàng)建兩個(gè)線程執(zhí)行邏輯ThreadTask對(duì)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(gè)線程分別執(zhí)行兩個(gè)不同的線程執(zhí)行邏輯對(duì)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(shí)間只允許一個(gè)線程進(jìn)入同步方法，如果其他線程需要執(zhí)行同一個(gè)方法，那么只能等待和排隊(duì)。執(zhí)行結(jié)果呈現(xiàn)了兩個(gè)線程交叉輸出的效果，說(shuō)明兩個(gè)線程以異步方式同時(shí)運(yùn)行。

在系統(tǒng)中產(chǎn)生了兩個(gè)鎖，ThreadA的鎖對(duì)象是threadTask1，ThreadB的鎖對(duì)象是threadTas2，線程和業(yè)務(wù)對(duì)象屬于一對(duì)一的關(guān)系，每個(gè)線程執(zhí)行自己所屬業(yè)務(wù)對(duì)象中的同步方法，不存在鎖的爭(zhēng)搶關(guān)系，所以運(yùn)行結(jié)果是異步的。

synchronized方法的同步鎖實(shí)質(zhì)上使用了this對(duì)象鎖，哪個(gè)線程先執(zhí)行帶synchronized關(guān)鍵字的方法，哪個(gè)線程就持有該方法所屬對(duì)象作為鎖（哪個(gè)對(duì)象調(diào)用了帶有synchronized關(guān)鍵字的方法，哪個(gè)對(duì)象就是鎖），其他線程只能等待，前提是多個(gè)線程訪問(wèn)的是同一個(gè)對(duì)象。

4. 如果同步方法內(nèi)的線程拋出異常會(huì)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(yùn)行");
            int a=1;
            // 死循環(huán)，只要t1線程沒有執(zhí)行完這個(gè)方法，就不會(huì)釋放鎖
            while (a==1){
                
            }
        }else{
            System.out.println("t2 線程正在運(yùn)行");
        }
    }
}

public class SafeDemo {
    public synchronized void selfIncrement(){
        if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
            System.out.println("t1 線程正在運(yùn)行");
            int a=1;
            while (a==1){
                Integer.parseInt("a");
            }
        }else{
            System.out.println("t2 線程正在運(yùn)行");
        }
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：t2線程得不到執(zhí)行

t1 線程正在運(yùn)行

此時(shí)，如果我們?cè)谕椒椒ㄖ兄圃煲粋€(gè)異常：

public class SafeDemo {
    public synchronized void selfIncrement(){
        if(Thread.currentThread().getName().equals("t1")){
            System.out.println("t1 線程正在運(yùn)行");
            int a=1;
            while (a==1){
                Integer.parseInt("a");
            }
        }else{
            System.out.println("t2 線程正在運(yùn)行");
        }
    }
}

線程t1出現(xiàn)異常并釋放鎖，線程t2進(jìn)入方法正常輸出，說(shuō)明出現(xiàn)異常時(shí)，鎖被自動(dòng)釋放了。

5. 靜態(tài)的同步方法

在Java世界里一切皆對(duì)象。Java有兩種對(duì)象：Object實(shí)例對(duì)象和Class對(duì)象。每個(gè)類運(yùn)行時(shí)的類型信息用Class對(duì)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(gè)類加載入自己的方法區(qū)內(nèi)存時(shí)，會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)Class對(duì)象，對(duì)于一個(gè)類來(lái)說(shuō)其Class對(duì)象是唯一的。Class類沒有公共的構(gòu)造方法，Class對(duì)象是在類加載的時(shí)候由Java虛擬機(jī)調(diào)用類加載器中的defineClass方法自動(dòng)構(gòu)造的，因此不能顯式地聲明一個(gè)Class對(duì)象。

普通的synchronized實(shí)例方法，其同步鎖是當(dāng)前對(duì)象this的監(jiān)視鎖。如果某個(gè)synchronized方法是static（靜態(tài)）方法，而不是普通的對(duì)象實(shí)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(shí)例而不是單個(gè)Object實(shí)例，在靜態(tài)方法內(nèi)部是不可以訪問(wèn)Object實(shí)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(shí)例的this對(duì)象的監(jiān)視鎖。

實(shí)際上，使用synchronized關(guān)鍵字修飾static方法時(shí)，synchronized的同步鎖并不是普通Object對(duì)象的監(jiān)視鎖，而是類所對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象的監(jiān)視鎖。

為了以示區(qū)分，這里將Object對(duì)象的監(jiān)視鎖叫作對(duì)象鎖，將Class對(duì)象的監(jiān)視鎖叫作類鎖。當(dāng)synchronized關(guān)鍵字修飾static方法時(shí)，同步鎖為類鎖；當(dāng)synchronized關(guān)鍵字修飾普通的成員方法時(shí)，同步鎖為對(duì)象鎖。由于類的對(duì)象實(shí)例可以有很多，但是每個(gè)類只有一個(gè)Class實(shí)例，因此使用類鎖作為synchronized的同步鎖時(shí)會(huì)造成同一個(gè)JVM內(nèi)的所有線程只能互斥地進(jìn)入臨界區(qū)段。

public class StaticSafe {
    // 臨界資源
    private static int count = 0;
    // 對(duì)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(jī)制。

通過(guò)synchronized關(guān)鍵字所搶占的同步鎖什么時(shí)候釋放呢？一種場(chǎng)景是synchronized塊（代碼塊或者方法）正確執(zhí)行完畢，監(jiān)視鎖自動(dòng)釋放；另一種場(chǎng)景是程序出現(xiàn)異常，非正常退出synchronized塊，監(jiān)視鎖也會(huì)自動(dòng)釋放。所以，使用synchronized塊時(shí)不必?fù)?dān)心監(jiān)視鎖的釋放問(wèn)題。

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!  

最新評(píng)論