Java多线程之线程的互斥处理
一、前言
多线程程序中的各个线程都是自由运行的，所以它们有时就会同时操作同一个实例。这在某些情况下会引发问题。例如，从银行账户取款时，余额确认部分的代码应该是像下面这样的。
if (可用余额大于取款金额) {
从可用余额中减掉取款金额
}
首先确认可用余额，确认是否允许取款。如果允许，则从可用余额上减掉取款金额。这样才不会导致可用余额变为负数。
但是，如果两个线程同时执行这段代码，那么可用余额就有可能会变为负数。
假设可用余额＝1000元，取款金额＝ 1000元，那么这种情况就如下图所示：
线程A 和线程B 同时操作时，有时线程B 的处理可能会插在线程A 的“可用余额确认”和“从可用余额上减掉取款金额”这两个处理之间。
这种线程A 和线程B 之间互相竞争（race）而引起的与预期相反的情况称为数据竞争（datarace）或竞态条件（race condition）。
这时候就需要有一种“交通管制”来协助防止发生数据竞争。例如，如果一个线程正在执行某一部分操作，那么其他线程就不可以再执行这部分操作。这种类似于交通管制的操作通常称为互斥（mutual exclusion）。这种处理就像十字路口的红绿灯，当某一方向为绿灯时，另一方向则一定是红灯。
Java 使用关键字synchronized 来执行线程的互斥处理。
二、synchronized 方法
如果声明一个方法时，在前面加上关键字synchronized，那么这个方法就只能由一个线程运行。只能由一个线程运行是每次只能由一个线程运行的意思，并不是说仅能让某一特定线程运行。这种方法称为synchronized 方法，有时也称为同步方法。
如下所示的类就使用了synchronized 方法。Bank（银行）类中的deposit（存款）和withdraw（取款）这两个方法都是synchronized 方法。
包含deposit 和withdraw 这两个synchronized 方法的Bank 类（Bank.java）
1 public class Bank { 2 private int money; 3 private String name; 4 5 public Bank(String name, int money) { 6 this.name = name; 7 this.money = money; 8 } 9 10 /** 11 * 存款 12 * @param m 13 */ 14 public synchronized void deposit(int m) { 15 money += m; 16 } 17 18 /** 19 * 取款 20 * @param m 21 * @return 22 */ 23 public synchronized boolean withdraw(int m) { 24 if (money >= m) { 25 money -= m; 26 return true; // 取款成功 27 } else { 28 return false; // 余额不足 29 } 30 } 31 32 public String getName() { 33 return name; 34 } 35 }
如果有一个线程正在运行Bank 实例中的deposit 方法，那么其他线程就无法运行这个实例中的deposit 方法和withdraw 方法，需要排队等候。
Bank 类中还有一个getName 方法。这个方法并不是synchronized 方法，所以无论其他线程是否正在运行deposit 或withdraw，都可以随时运行getName 方法。
一个实例中的synchronized 方法每次只能由一个线程运行，而非synchronized 方法则可以同时由两个以上的线程运行。下图展示了由两个线程同时运行getName 方法的情况。
synchronized 方法不允许同时由多个线程运行。上图中，我们在synchronized 方法左侧放了一个代表“锁”的长方形来表示这点。当一个线程获取了该锁后，长方形这块儿就像筑起的墙一样，可以防止其他线程进入。
下图展示了由一个线程运行deposit 方法的情况。由于该线程获取了锁，所以其他线程就无法运行该实例中的synchronized 方法。图中，表示锁的长方形被涂成了灰色，这表示该锁已被某一线程获取。
请注意，上图中，非synchronized 的getName 方法完全不受锁的影响。不管线程是否已经获取锁，都可以自由进入非synchronized 方法。
当正在使用synchronized 方法的线程运行完这个方法后，便会释放锁。下图中的长方形锁变为白色表示这个锁已被释放。
当锁被释放后，一直等待获取锁的线程中的某一个线程便会获取该锁。但无论何时，获取锁的线程只能是一个。如果等待的线程有很多个，那么没抢到的线程就只能继续等待。下图展示的是新获取锁的另一个线程开始运行synchronized 方法的情况。
每个实例拥有一个独立的锁。因此，并不是说某一个实例中的synchronized 方法正在执行中，其他实例中的synchronized 方法就不可以运行了，下图展示了bank1 和bank2 这两个实例中的synchronized 方法由不同的线程同时运行的情况。
- 关于锁和监视
线程的互斥机制称为监视（monitor）。另外，获取锁有时也叫作“拥有（own）监视”或“持有（hold）锁”。
当前线程是否已获取某一对象的锁可以通过Thread.holdsLock 方法来确认。当前线程已获取对象obj 的锁时，可使用assert 来像下面这样表示出来。
assert Thread.holdsLock(obj);
三、synchronized 代码块
如果只是想让方法中的某一部分由一个线程运行，而非整个方法，则可使用synchronized代码块，格式如下所示。
synchronized (表达式) {
.......................
}
其中的“表达式”为获取锁的实例。synchronized 代码块用于精确控制互斥处理的执行范围。
◆◆synchronized实例方法和synchronized代码块
假设有如下synchronized 实例方法。
synchronized void method() {
.......................
}
这跟下面将方法体用synchronized 代码块包围起来是等效的。
void method () {
synchronized (表达式) {
.......................
}
}
也就是说，synchronized 实例方法是使用this的锁来执行线程的互斥处理的。
◆◆synchronized静态方法和synchronized代码块
假设有如下synchronized 静态方法。synchronized 静态方法每次只能由一个线程运行，这一点和synchronized 实例方法相同。但synchronized 静态方法使用的锁和synchronized 实例方法使用的锁是不一样的。
Class Something {
static synchronized void method() {
.......................
}
}
这跟下面将方法体用synchronized代码块包围起来是等效的。
Class Something {
static void method() {
synchronized (Something.class) {
...................
}
}
}
也就是说，synchronized静态方法是使用该类的类对象的锁来执行线程的互斥处理的。Something.class是Something 类对应的java.lang.Class 类的实例。
参考：图解Java多线程设计模式