• Java 多线程并发编程之 Synchronized 关键字


    synchronized 关键字解析

    同步锁依赖于对象,每个对象都有一个同步锁。

    现有一成员变量 Test,当线程 A 调用 Test 的 synchronized 方法,线程 A 获得 Test 的同步锁,同时,线程 B 也去调用 Test 的 synchronized 方法,此时线程 B 无法获得 Test 的同步锁,必须等待线程 A 释放 Test 的同步锁才能获得从而执行对应方法的代码。

    综上,正确使用 synchronized 关键字可确保原子性。

    synchronized 关键字的特性应用

    特性 1:

    当线程 A 调用某对象synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时,若同步锁未释放,其他线程调用同一对象synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时将被阻塞,直至线程 A 释放该对象的同步锁。

    DEMO1,synchronized 方法:

    public class Test {
    
        private static class Counter {
    
            public synchronized void count() {
                for (int i = 0; i < 6; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", i = " + i);
                }
            }
    
        }
    
        private static class MyThread extends Thread {
    
            private Counter mCounter;
    
            public MyThread(Counter counter) {
                mCounter = counter;
            }
    
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                mCounter.count();
            }
        }
    
        public static void main(String[] var0) {
            Counter counter = new Counter();
            // 注:myThread1 和 myThread2 是调用同一个对象 counter
            MyThread myThread1 = new MyThread(counter);
            MyThread myThread2 = new MyThread(counter);
            myThread1.start();
            myThread2.start();
        }
    
    }
    

    DEMO1 输出:

    Thread-0, i = 0
    Thread-0, i = 1
    Thread-0, i = 2
    Thread-0, i = 3
    Thread-0, i = 4
    Thread-0, i = 5
    Thread-1, i = 0
    Thread-1, i = 1
    Thread-1, i = 2
    Thread-1, i = 3
    Thread-1, i = 4
    Thread-1, i = 5
    

    DEMO2,synchronized 代码块:

    public class Test {
    
        private static class Counter {
    
            public void count() {
                synchronized (this) {
                    for (int i = 0; i < 6; i++) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", i = " + i);
                    }
                }
            }
        }
    
        private static class MyThread extends Thread {
    
            private Counter mCounter;
    
            public MyThread(Counter counter) {
                mCounter = counter;
            }
    
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                mCounter.count();
            }
        }
    
        public static void main(String[] var0) {
            Counter counter = new Counter();
            MyThread myThread1 = new MyThread(counter);
            MyThread myThread2 = new MyThread(counter);
            myThread1.start();
            myThread2.start();
        }
    }
    

    DEMO2 输出:

    Thread-0, i = 0
    Thread-0, i = 1
    Thread-0, i = 2
    Thread-0, i = 3
    Thread-0, i = 4
    Thread-0, i = 5
    Thread-1, i = 0
    Thread-1, i = 1
    Thread-1, i = 2
    Thread-1, i = 3
    Thread-1, i = 4
    Thread-1, i = 5
    

    可见,当同步锁未释放时,其他线程将被阻塞,直至获得同步锁。

    而且 DEMO1 和 DEMO2 的输出结果是一样的,synchronized 方法 和 synchronized 代码块的不同之处在于 synchronized 方法 作用域较大,作用于整个方法,而 synchronized 代码块 可控制具体的作用域,更精准控制提高效率。(毕竟阻塞的都是时间啊)

    DEMO3,仅修改 main 方法:

        public static void main(String[] var0) {
            // 注意:myThread1 和 myThread2 传入的 Counter 是两个不同的对象
            MyThread myThread1 = new MyThread(new Counter());
            MyThread myThread2 = new MyThread(new Counter());
            myThread1.start();
            myThread2.start();
        }
    

    DEMO3 输出:

    Thread-0, i = 0
    Thread-1, i = 0
    Thread-0, i = 1
    Thread-1, i = 1
    Thread-1, i = 2
    Thread-1, i = 3
    Thread-0, i = 2
    Thread-1, i = 4
    Thread-0, i = 3
    Thread-1, i = 5
    Thread-0, i = 4
    Thread-0, i = 5
    

    同步锁基于对象,只要锁的来源一致,即可达到同步的作用。所以,但对象不一样,则不能达到同步效果。

    特性 2:

    当线程 A 调用某对象synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时,若同步锁未释放,其他线程调用同一对象其他synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时将被阻塞,直至线程 A 释放该对象的同步锁。(注意:重点是其他

    DEMO4,仅修改 doOtherThings 方法的修饰:

    public class Test {
    
        private static class Counter {
    
            public synchronized void count() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " awake");
            }
    
            public synchronized void doOtherThings(){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");
            }
        }
    
        public static void main(String[] var0) {
            final Counter counter = new Counter();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    counter.count();
                }
            }).start();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    counter.doOtherThings();
                }
            }).start();
        }
    }
    

    DEMO4 输出:

    Thread-0 sleep
    Thread-0 awake
    Thread-1 doOtherThings
    

    可见,synchronized 获得的同步锁并非仅仅锁住代码,而是锁住整个对象。

    此时应提及 happens-before 原则,正因 happens-before 原则的存在才有此现象的发生。
    happens-before 原则的其中一条:

    管理锁定原则:一个 unLock 操作先行发生于后面对同一个锁的 lock 操作。
    (此处暂不作过多解释,解释起来能再写一篇文章了)

    DEMO5,仅修改 doOtherThings 方法:

            public void doOtherThings(){
                synchronized (this){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");
                }
            }
    

    DEMO5 输出:

    Thread-0 sleep
    Thread-0 awake
    Thread-1 doOtherThings
    

    DEMO4 和 DEMO5 的输出结果竟然一致!没错,因为他们的同步锁来源一致(都是本实例自己),所以可以达到同步效果。

    // 这两个 synchronized 锁的是同一个对象public synchronized void count(){};
    public void doOtherThings(){
           synchronized (this){}
    }
    

    DEMO6,去掉 doOtherThings 方法的同步关键字:

    public void doOtherThings(){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");
            }
    

    DEMO6 输出:

    Thread-0 sleep
    Thread-1 doOtherThings
    Thread-0 awake
    

    当线程 A 调用某对象synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时,无论同步锁是否释放,其他线程调用同一对象其他 非 synchronized 方法 或者 非 synchronized 代码块时可立即调用。

    实例锁和全局锁

    以上 DEMO 实现的都是实例锁。锁住(作用域)的是具体某一对象实例。

    什么是全局锁?

    锁住整个 Class,而非某个对象或实例。

    注:单例型的实例锁不属于全局锁。

    全局锁的实现:

    静态 synchronized 方法

    DEMO7:

    public class Test {
    
        private static class Counter {
    
            public static synchronized void count() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " awake");
            }
    
            public static synchronized void doOtherThings(){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");
            }
        }
    
        public static void main(String[] var0) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.count();
                }
            }).start();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.doOtherThings();
                }
            }).start();
        }
    }
    

    DEMO7 输出:

    Thread-0 sleep
    Thread-0 awake
    Thread-1 doOtherThings
    

    static 声明的方法为全局方法,与对象实例化无关,所以 static synchronized 方法为全局同步方法,与对象实例化无关。

    synchronized 具体 Class 的代码块

    DEMO8:

    public class Test {
    
        private static class Counter {
    
            public static synchronized void count() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " awake");
            }
    
            public void doOtherThings(){
                synchronized (Counter.class){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] var0) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.count();
                }
            }).start();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter counter = new Counter();
                    counter.doOtherThings();
                }
            }).start();
        }
    }
    

    DEMO8 输出:

    Thread-0 sleep
    Thread-0 awake
    Thread-1 doOtherThings
    

    synchronized (Counter.class) 获得的同步锁是全局的,static synchronized 获得的同步锁也是全局的,同一个锁,所以达到同步效果。

    区分 synchronized (this) 与 synchronized (Class.class)

    DEMO9:

    public class Test {
    
        private static class Counter {
    
            public void count() {
                synchronized (this){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " awake");
                }
            }
    
            public void doOtherThings(){
                synchronized (Counter.class){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] var0) {
            final Counter counter = new Counter();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    counter.count();
                }
            }).start();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    counter.doOtherThings();
                }
            }).start();
        }
    }
    

    DEMO9 输出:

    Thread-0 sleep
    Thread-1 doOtherThings
    Thread-0 awake
    
    synchronized (this) 获得的是具体对象实例 counter 的锁,而 synchronized (Counter.class) 获得的是全局锁,两把不同的锁,所以不能达到同步效果。
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