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Java多线程-synchronized关键字

分类: 文章 • 2023-11-16 17:08:10

文章目录

synchronized关键字

一 简介

Java并发编程这个领域中synchronized关键字一直都是元老级的角色，很久之前很多人都会称它为**“重量级锁”。但是，在JavaSE 1.6之后进行了主要包括为了减少获得锁和释放锁带来的性能消耗而引入的偏向锁和轻量级锁**以及其它各种优化之后变得在某些情况下并不是那么重了。

本次总结不会介绍synchronized关键字的实现原理，更多的是synchronized关键字的使用。后面在看过《Java并发编程的艺术》之后会再次分析它的实现原理。

本篇博文参考出处:
https://blog.****.net/qq_34337272/article/details/79655194

二 变量安全性

“非线程安全”问题存在于“实例变量”中，如果是方法内部的私有变量，则不存在**“非线程安全”问题，所得结果也就是“线程安全”**的了。

如果两个线程同时操作对象中的实例变量，则会出现**“非线程安全”，解决办法就是在方法前加上synchronized关键字**即可。

三 多个对象多个锁

先看例子：

HasSelfPrivateNum.java

public class HasSelfPrivateNum {

    private int num = 0;

    synchronized public void addI(String username) {
        try {
            if (username.equals("a")) {
                num = 100;
                System.out.println("a set over!");
                //如果去掉hread.sleep(2000)，那么运行结果就会显示为同步的效果
                Thread.sleep(2000);
            } else {
                num = 200;
                System.out.println("b set over!");
            }
            System.out.println(username + " num=" + num);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

ThreadA.java

public class ThreadA extends Thread {
    private HasSelfPrivateNum numRef;
    public ThreadA(HasSelfPrivateNum numRef) {
        super();
        this.numRef = numRef;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        numRef.addI("a");
    }
}

ThreadB.java
public class ThreadB extends Thread {
    private HasSelfPrivateNum numRef;
    public ThreadB(HasSelfPrivateNum numRef) {
        super();
        this.numRef = numRef;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        numRef.addI("b");
    }
}

Run.java
public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        HasSelfPrivateNum numRef1 = new HasSelfPrivateNum();
        HasSelfPrivateNum numRef2 = new HasSelfPrivateNum();
        ThreadA athread = new ThreadA(numRef1);
        athread.start();
        ThreadB bthread = new ThreadB(numRef2);
        bthread.start();
    }
}

运行结果：（a num=100停顿一会才执行出来）

Java多线程-synchronized关键字

（按说定义了synchronized，应该等a执行完才执行b的啊，往下看。。。）

上面实例中两个线程ThreadA和ThreadB分别访问同一个类的不同实例的相同名称的同步方法，但是效果确实异步执行。

为什么会这样呢？

这是因为synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码或方法当做锁。所以在上面的实例中，哪个线程先执行带synchronized关键字的方法，则哪个线程就持有该方法所属对象的锁Lock，那么其他线程只能呈等待状态，前提是多个线程访问的是同一个对象。本例中很显然是两个对象。

在本例中创建了两个HasSelfPrivateNum类对象，所以就产生了两个锁。当ThreadA的引用执行到addI方法中的runThread.sleep(2000)语句时，ThreadB就会**“乘机执行”**。所以才会导致执行结果如上图所示（备注：由于runThread.sleep(2000)，“a num=100”停顿了两秒才输出）

四 synchronized方法与锁对象

通过上面我们知道synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码或方法当做锁。如果多个线程访问的是同一个对象，哪个线程先执行带synchronized关键字的方法，则哪个线程就持有该方法，那么其他线程只能呈等待状态。如果多个线程访问的是多个对象则不一定，因为多个对象会产生多个锁。

那么我们思考一下当多个线程访问的是同一个对象中的非synchronized类型方法会是什么效果？

答案是：会异步调用非synchronized类型方法，解决办法也很简单在非synchronized类型方法前加上synchronized关键字即可。

五 脏读

发生脏读的情况是在读取实例变量时，此值已经被其他线程更改过。

PublicVar.java

public class PublicVar {

    public String username = "A";
    public String password = "AA";

    synchronized public void setValue(String username, String password) {
        try {
            this.username = username;
            Thread.sleep(5000);
            this.password = password;

            System.out.println("setValue method thread name="
                    + Thread.currentThread().getName() + " username="
                    + username + " password=" + password);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //该方法前加上synchronized关键字就同步了
    public void getValue() {
        System.out.println("getValue method thread name="
                + Thread.currentThread().getName() + " username=" + username
                + " password=" + password);
    }
}

ThreadA.java
public class ThreadA extends Thread {

    private PublicVar publicVar;

    public ThreadA(PublicVar publicVar) {
        super();
        this.publicVar = publicVar;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        publicVar.setValue("B", "BB");
    }
}

Test.java
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            PublicVar publicVarRef = new PublicVar();
            ThreadA thread = new ThreadA(publicVarRef);
            thread.start();

            Thread.sleep(200);//打印结果受此值大小影响

            publicVarRef.getValue();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

解决办法：getValue()方法前加上synchronized关键字即可。

加上后运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

六 synchronized锁重入

**“可重入锁”**概念是：自己可以再次获取自己的内部锁。比如一个线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。

Service.java

public class Service {
    synchronized public void service1() {
        System.out.println("service1");
        service2();
    }

    synchronized public void service2() {
        System.out.println("service2");
        service3();
    }

    synchronized public void service3() {
        System.out.println("service3");
    }
}

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Service service = new Service();
        service.service1();
    }
}

Run.java

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t = new MyThread();
        t.start();
    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

另外可重入锁也支持在父子类继承的环境中

Main.java

public class Main {

    public int i = 10;

    synchronized public void operateIMainMethod() {
        try {
            i--;
            System.out.println("main print i=" + i);
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Sub.java

public class Sub extends Main {

    synchronized public void operateISubMethod() {
        try {
            while (i > 0) {
                i--;
                System.out.println("sub print i=" + i);
                Thread.sleep(100);
                this.operateIMainMethod();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Sub sub = new Sub();
        sub.operateISubMethod();
    }
}

Run.java

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread t = new MyThread();
        t.start();
    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

说明当存在父子类继承关系时，子类是完全可以通过“可重入锁”调用父类的同步方法。

另外出现异常时，其锁持有的锁会自动释放。

七 同步不具有继承性

如果父类有一个带synchronized关键字的方法，子类继承并重写了这个方法。
但是同步不能继承，所以还是需要在子类方法中添加synchronized关键字。

synchronized同步语句块

一 synchronized方法的缺点

使用synchronized关键字声明方法有些时候是有很大的弊端的，比如我们有两个线程一个线程A调用同步方法后获得锁，那么另一个线程B就需要等待A执行完，但是如果说A执行的是一个很费时间的任务的话这样就会很耗时。
先来看一个暴露synchronized方法的缺点实例，然后在看看如何通过synchronized同步语句块解决这个问题。

Task.java

public class Task {

    private String getData1;
    private String getData2;

    public synchronized void doLongTimeTask() {
        try {
            System.out.println("begin task");
            Thread.sleep(3000);
            getData1 = "长时间处理任务后从远程返回的值1 threadName="
                    + Thread.currentThread().getName();
            getData2 = "长时间处理任务后从远程返回的值2 threadName="
                    + Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(getData1);
            System.out.println(getData2);
            System.out.println("end task");
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

CommonUtils.java

public class CommonUtils {

    public static long beginTime1;
    public static long endTime1;

    public static long beginTime2;
    public static long endTime2;
}

MyThread1.java

public class MyThread1 extends Thread {
    private Task task;
    public MyThread1(Task task) {
        super();
        this.task = task;
    }
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        CommonUtils.beginTime1 = System.currentTimeMillis();
        task.doLongTimeTask();
        CommonUtils.endTime1 = System.currentTimeMillis();
    }
}

MyThread2.java

public class MyThread2 extends Thread {
    private Task task;
    public MyThread2(Task task) {
        super();
        this.task = task;
    }
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        CommonUtils.beginTime2 = System.currentTimeMillis();
        task.doLongTimeTask();
        CommonUtils.endTime2 = System.currentTimeMillis();
    }
}

Run.java

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        Task task = new Task();

        MyThread1 thread1 = new MyThread1(task);
        thread1.start();

        MyThread2 thread2 = new MyThread2(task);
        thread2.start();

        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        long beginTime = CommonUtils.beginTime1;
        if (CommonUtils.beginTime2 < CommonUtils.beginTime1) {
            beginTime = CommonUtils.beginTime2;
        }

        long endTime = CommonUtils.endTime1;
        if (CommonUtils.endTime2 > CommonUtils.endTime1) {
            endTime = CommonUtils.endTime2;
        }

        System.out.println("耗时：" + ((endTime - beginTime) / 1000));
    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

从运行时间来看，synchronized方法的问题很明显。可以使用synchronized同步块来解决这个问题。但是要注意synchronized同步块的使用方法，如果synchronized同步块使用不好的话并不会带来效率的提升。

二 synchronized（this）同步代码块的使用

修改上例中的Task.java如下：

public class Task {

    private String getData1;
    private String getData2;

    public void doLongTimeTask() {
        try {
            System.out.println("begin task");
            Thread.sleep(3000);

            String privateGetData1 = "长时间处理任务后从远程返回的值1 threadName="
                    + Thread.currentThread().getName();
            String privateGetData2 = "长时间处理任务后从远程返回的值2 threadName="
                    + Thread.currentThread().getName();

            synchronized (this) {
                getData1 = privateGetData1;
                getData2 = privateGetData2;
            }

            System.out.println(getData1);
            System.out.println(getData2);
            System.out.println("end task");
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

从上面代码可以看出当一个线程访问一个对象的synchronized同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象非synchronized同步代码块。

时间虽然缩短了，但是大家考虑一下synchronized代码块真的是同步的吗？它真的持有当前调用对象的锁吗？

是的。不在synchronized代码块中就异步执行，在synchronized代码块中就是同步执行。

三 synchronized（object）代码块间使用

MyObject.java

public class MyObject {
}

Service.java

public class Service {

    public void testMethod1(MyObject object) {
        synchronized (object) {
            try {
                System.out.println("testMethod1 ____getLock time="
                        + System.currentTimeMillis() + " run ThreadName="
                        + Thread.currentThread().getName());
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("testMethod1 releaseLock time="
                        + System.currentTimeMillis() + " run ThreadName="
                        + Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

ThreadA.java

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;
    private MyObject object;

    public ThreadA(Service service, MyObject object) {
        super();
        this.service = service;
        this.object = object;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.testMethod1(object);
    }
}

ThreadB.java

public class ThreadB extends Thread {
    private Service service;
    private MyObject object;

    public ThreadB(Service service, MyObject object) {
        super();
        this.service = service;
        this.object = object;
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        service.testMethod1(object);
    }
}

Run.java

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        MyObject object = new MyObject();

        ThreadA a = new ThreadA(service, object);
        a.setName("a");
        a.start();

        ThreadB b = new ThreadB(service, object);
        b.setName("b");
        b.start();
    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

可以看出如下图所示，两个线程使用了同一个“对象监视器”，所以运行结果是同步的。

Java多线程-synchronized关键字

那么如果使用不同的对象监视器会出现什么情况呢？

修改Run.java：

public class Run {

    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();

        ThreadA a = new ThreadA(service, object1);
        a.setName("a");
        a.start();

        ThreadB b = new ThreadB(service, object2);
        b.setName("b");
        b.start();
    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

可以看出如下图所示，两个线程使用了不同的“对象监视器”，所以运行结果就不是同步的了。

Java多线程-synchronized关键字

四 synchronized代码块间的同步性

当一个对象访问synchronized(this)代码块时，其他线程对同一个对象中所有其他synchronized(this)代码块代码块的访问将被阻塞，这说明synchronized(this)代码块使用的“对象监视器”是一个。
也就是说和synchronized方法一样，synchronized(this)代码块也是锁定当前对象的。

另外通过上面的学习我们可以得出两个结论。

  1. 其他线程执行对象中synchronized同步方法和synchronized(this)代码块时呈现同步效果;
  2. 如果两个线程使用了同一个“对象监视器”,运行结果同步，否则不同步.

五 静态同步synchronized方法与synchronized(class)代码块

synchronized关键字加到static静态方法和synchronized(class)代码块上都是是给Class类上锁，而synchronized关键字加到非static静态方法上是给对象上锁。

Service.java

public class Service {

    public static void printA() {
        synchronized (Service.class) {
            try {
                System.out.println(
                        "线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printA");
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println(
                        "线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printA");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    synchronized public static void printB() {
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printB");
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printB");
    }

    synchronized public void printC() {
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printC");
        System.out.println("线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printC");
    }
}

ThreadA.java

public class ThreadA extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadA(Service service) {
        super();
        this.service = service;
    }
    @Override
    public void run() {
        service.printA();
    }
}

ThreadB.java

public class ThreadB extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadB(Service service) {
        super();
        this.service = service;
    }
    @Override
    public void run() {
        service.printB();
    }
}

ThreadC.java

public class ThreadB extends Thread {
    private Service service;
    public ThreadB(Service service) {
        super();
        this.service = service;
    }
    @Override
    public void run() {
        service.printB();
    }
}

Run.java

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new Service();
        ThreadA a = new ThreadA(service);
        a.setName("A");
        a.start();

        ThreadB b = new ThreadB(service);
        b.setName("B");
        b.start();

        ThreadC c = new ThreadC(service);
        c.setName("C");
        c.start();
    }
}

运行结果：

Java多线程-synchronized关键字

从运行结果可以看出:静态同步synchronized方法与synchronized(class)代码块持有的锁一样，都是Class锁，Class锁对对象的所有实例起作用。synchronized关键字加到非static静态方法上持有的是对象锁。
线程A,B和线程C持有的锁不一样，所以A和B运行同步，但是和C运行不同步。

Java多线程-synchronized关键字

六 数据类型String的常量池属性

在Jvm中具有String常量池缓存的功能

    String s1 = "a";
    String s2 = "a";
    System.out.println(s1==s2);//true

上面代码输出为true.这是为什么呢？

字符串常量池中的字符串只存在一份！ 即执行完第一行代码后，常量池中已存在 “a”，那么s2不会在常量池中申请新的空间，而是直接把已存在的字符串内存地址返回给s2。

因为数据类型String的常量池属性，所以synchronized(string)在使用时某些情况下会出现一些问题，比如两个线程运行

synchronized(“abc”)｛ 
｝和 
synchronized(“abc”)｛ 
｝

修饰的方法时，这两个线程就会持有相同的锁，导致某一时刻只有一个线程能运行。所以尽量不要使用synchronized(string)而使用synchronized(object)

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