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Java多线程-线程同步之synchronized


 

  使用线程同步解决多线程安全问题

  上一篇 Java基础-多线程-②多线程的安全问题 中我们说到多线程可能引发的安全问题,原因在于多个线程共享了数据,且一个线程在操作(多为写操作)数据的过程中,另一个线程也对数据进行了操作,从而导致数据出错。由此我们想到一个解决的思路:将操作共享数据的代码行作为一个整体,同一时间只允许一个线程执行,执行过程中其他线程不能参与执行。线程同步就是用来实现这样的机制。

  synchronized代码块

  Java中提供了synchronized关键字,将可能引发安全问题的代码包裹在synchronized代码块中,表示这些代码需要进行线程同步。synchronized代码块的语法格式为:

  1 synchronized (expression){

  2 //需要同步的代码

  3 }

  其中,expression必须是一个引用类型的变量,这里我们可以理解为任意的一个Java对象,否则编译出错。下面的例子中我们使用了一个Object对象obj。

  复制代码

  1 class Dog implements Runnable {

  2 private int t = 100;

  3 private Object obj = new Object();

  4

  5 @Override

  6 public void run() {

  7 while (true) {

  8

  9 synchronized (obj) {

  10 if (t > 0) {

  11 try {

  12 Thread.sleep(100);

  13 System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);

  14 } catch (InterruptedException e) {}

  15 }

  16 }

  17

  18 }

  19 }

  20 }

  

  这时候,一个线程在执行完整个代码块(或者非正常结束)之后,其他的线程才有机会进入代码块执行,就不会出现“打印的t小于1”的情况了,简单的实现了代码的同步。

  线程同步的机制和同步锁

  上面线程同步的效果是怎么实现的呢?Java中任意的对象都可以作为一个监听器(monitor),监听器可以被上锁和解锁,在线程同步中称为同步锁,且同步锁在同一时间只能被一个线程所持有。上面的obj对象就是一个同步锁,分析一下上面代码的执行过程:

  一个线程执行到synchronized代码块,首先检查obj,如果obj为空,抛出NullPointerExpression异常;

  如果obj不为空,线程尝试给监听器上锁,如果监听器已经被锁,则线程不能获取到锁,线程就被阻塞;

  如果监听器没被锁,则线程将监听器上锁,并且持有该锁,然后执行代码块;

  代码块正常执行结束或者非正常结束,监听器都将自动解锁;

  所以,一个线程执行代码块时,持有了同步锁,其他线程就不能获取到锁,也就不能进入代码块执行,只能等待锁被释放。这时候我们思考这样一个问题:在synchronized代码块中如果我们每次传入的都是一个新的对象,能否实现同步的效果呢?如下:

  复制代码

  1 public void run() {

  2 while (true) {

  3 synchronized (new Object()) {

  4 if (t > 0) {

  5 try {

  6 Thread.sleep(100);

  7 System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);

  8 } catch (InterruptedException e) {}

  9 }

  10 }

  11 }

  12 }

  复制代码

  显然多个线程检查的都是一个新的对象,不同的同步锁对不同的线程不具有排他性,不能实现线程同步的效果,这时候线程同步就失效了。所以线程同步的一个前提:线程同步锁对多个线程必须是互斥的,即多个线程需要使用同一个同步锁。第一段代码中obj对象被多个线程共享,能够实现同步。

  synchronized方法

  除了synchronized代码块,synchronized关键字还可以修饰方法,让该方法进行线程同步,效果跟同步代码块一样。

  复制代码

  1 public synchronized void run() {

  2 while (true) {

  3 if (t > 0) {

  4 try {

  5 Thread.sleep(100);

  6 System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);

  7 } catch (InterruptedException e) {}

  8 }

  9 }

  10 }

  复制代码

  这时候synchronized后面没有了expression,从哪儿获取同步锁呢?

  对于实例的同步方法,使用this即当前实例对象,如上面的dog;

  对于静态的同步方法,使用当前类的字节码对象,如上面的Dog.class。

  也就是说使用同步方法的话,同步锁只能是this或者当前类的字节码对象。所以根据同步锁必须互斥的前提,如果同时使用synchronized代码块和synchronized方法对同一个共享资源进行线程同步,synchronized代码块的同步锁也必须跟synchronized方法一样(要么是this,要么是类的字节码对象)。

  同步代码块和同步方法的区别

  两者的区别主要体现在同步锁上面。对于实例的同步方法,因为只能使用this来作为同步锁,如果一个类中需要使用到多个锁,为了避免锁的冲突,必然需要使用不同的对象,这时候同步方法不能满足需求,只能使用同步代码块(同步代码块可以传入任意对象);或者多个类中需要使用到同一个锁,这时候多个类的实例this显然是不同的,也只能使用同步代码块,传入同一个对象。