前言

本篇主要介紹Java多線程中的同步，也就是如何在Java語言中寫出線程安全的程序，如何在Java語言中解決非線程安全的相關(guān)問題。沒錯(cuò)就是使用synchronized。

正文

如何解決線程安全問題？

那么一般來說，是如何解決線程安全問題的呢？

基本上所有的并發(fā)模式在解決線程安全問題時(shí)，都采用“序列化訪問臨界資源”的方案，即在同一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程訪問臨界資源，也稱作同步互斥訪問。

通常來說，是在訪問臨界資源的代碼前面加上一個(gè)鎖，當(dāng)訪問完臨界資源后釋放鎖，讓其他線程繼續(xù)訪問。

在Java中，提供了兩種方式來實(shí)現(xiàn)同步互斥訪問：synchronized和Lock。

本文主要講述synchronized的使用方法，Lock的使用方法在下一篇博文中講述。

synchronized同步方法

synchronized是Java語言的關(guān)鍵字，當(dāng)它用來修飾一個(gè)方法或者一個(gè)代碼塊的時(shí)候，能夠保證在同一時(shí)刻最多只有一個(gè)線程執(zhí)行該段代碼。在了解synchronized關(guān)鍵字的使用方法之前，我們先來看一個(gè)概念：互斥鎖，顧名思義：能到達(dá)到互斥訪問目的的鎖。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：如果對(duì)臨界資源加上互斥鎖，當(dāng)一個(gè)線程在訪問該臨界資源時(shí)，其他線程便只能等待。

在Java中，每一個(gè)對(duì)象都擁有一個(gè)鎖標(biāo)記（monitor），也稱為監(jiān)視器，多線程同時(shí)訪問某個(gè)對(duì)象時(shí)，線程只有獲取了該對(duì)象的鎖才能訪問。

在Java中，可以使用synchronized關(guān)鍵字來標(biāo)記一個(gè)方法或者代碼塊，當(dāng)某個(gè)線程調(diào)用該對(duì)象的synchronized方法或者訪問synchronized代碼塊時(shí)，這個(gè)線程便獲得了該對(duì)象的鎖，其他線程暫時(shí)無法訪問這個(gè)方法，只有等待這個(gè)方法執(zhí)行完畢或者代碼塊執(zhí)行完畢，這個(gè)線程才會(huì)釋放該對(duì)象的鎖，其他線程才能執(zhí)行這個(gè)方法或者代碼塊。

synchronized的使用

• synchronized代碼塊，被修飾的代碼成為同步語句塊，其作用的范圍是調(diào)用這個(gè)代碼塊的對(duì)象，我們?cè)谟胹ynchronized關(guān)鍵字的時(shí)候，能縮小代碼段的范圍就盡量縮小，能在代碼段上加同步就不要再整個(gè)方法上加同步。這叫減小鎖的粒度，使代碼更大程度的并發(fā)。

• synchronized方法，被修飾的方法成為同步方法，其作用范圍是整個(gè)方法，作用對(duì)象是調(diào)用這個(gè)方法的對(duì)象。

• synchronized靜態(tài)方法，修飾一個(gè)static靜態(tài)方法，其作用范圍是整個(gè)靜態(tài)方法，作用對(duì)象是這個(gè)類的所有對(duì)象。

• synchronized類，其作用范圍是Synchronized后面括號(hào)括起來的部分synchronized(className.class)，作用的對(duì)象是這個(gè)類的所有對(duì)象。

• synchronized()，()中是鎖住的對(duì)象， synchronized(this)鎖住的只是對(duì)象本身，同一個(gè)類的不同對(duì)象調(diào)用的synchronized方法并不會(huì)被鎖住，而synchronized(className.class)實(shí)現(xiàn)了全局鎖的功能，所有這個(gè)類的對(duì)象調(diào)用這個(gè)方法都受到鎖的影響，此外()中還可以添加一個(gè)具體的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)給具體對(duì)象加鎖。

synchronized (object) {
  //在同步代碼塊中對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作
}

synchronized注意事項(xiàng)

• 當(dāng)兩個(gè)并發(fā)線程訪問同一個(gè)對(duì)象中的synchronized代碼塊時(shí)，在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程得到執(zhí)行，另一個(gè)線程受阻塞，必須等待當(dāng)前線程執(zhí)行完這個(gè)代碼塊以后才能執(zhí)行該代碼塊。兩個(gè)線程間是互斥的，因?yàn)樵趫?zhí)行synchronized代碼塊時(shí)會(huì)鎖定當(dāng)前的對(duì)象，只有執(zhí)行完該代碼塊才能釋放該對(duì)象鎖，下一個(gè)線程才能執(zhí)行并鎖定該對(duì)象。

• 當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，另一個(gè)線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。(兩個(gè)線程使用的是同一個(gè)對(duì)象)

• 當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，其他線程對(duì)object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞(同上，兩個(gè)線程使用的是同一個(gè)對(duì)象)。

下面通過代碼來實(shí)現(xiàn)：

1）當(dāng)兩個(gè)并發(fā)線程訪問同一個(gè)對(duì)象object中的這個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，一個(gè)時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)線程得到執(zhí)行。另一個(gè)線程必須等待當(dāng)前線程執(zhí)行完這個(gè)代碼塊以后才能執(zhí)行該代碼塊。

package ths;

public class Thread1 implements Runnable {  
     public void run() {  
          synchronized(this) {  
               for (int i = 0; i < 5; i++) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synchronized loop " + i);  
               }  
          }  
     }  
     public static void main(String[] args) {  
          Thread1 t1 = new Thread1();  
          Thread ta = new Thread(t1, "A");  
          Thread tb = new Thread(t1, "B");  
          ta.start();  
          tb.start();  
     } 
}

輸出結(jié)果：

A synchronized loop 0  
A synchronized loop 1  
A synchronized loop 2  
A synchronized loop 3  
A synchronized loop 4  
B synchronized loop 0  
B synchronized loop 1  
B synchronized loop 2  
B synchronized loop 3  
B synchronized loop 4

2）然而，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，另一個(gè)線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。

package ths;

public class Thread2 {  
     public void m4t1() {  
          synchronized(this) {  
               int i = 5;  
               while( i-- > 0) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
                    try {  
                         Thread.sleep(500);  
                    } catch (InterruptedException ie) {  
                    }  
               }  
          }  
     }  
     public void m4t2() {  
          int i = 5;  
          while( i-- > 0) {  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
               try {  
                    Thread.sleep(500);  
               } catch (InterruptedException ie) {  
               }  
          }  
     }  
     public static void main(String[] args) {  
          final Thread2 myt2 = new Thread2();  
          Thread t1 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() {  myt2.m4t1();  }  }, "t1"  );  
          Thread t2 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() { myt2.m4t2();   }  }, "t2"  );  
          t1.start();  
          t2.start();  
     } 
}

輸出結(jié)果：

t1 : 4  
t2 : 4  
t1 : 3  
t2 : 3  
t1 : 2  
t2 : 2  
t1 : 1  
t2 : 1  
t1 : 0  
t2 : 0

3)尤其關(guān)鍵的是，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，其他線程對(duì)object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞。

//修改Thread2.m4t2()方法：  
     public void m4t2() {  
          synchronized(this) {  
               int i = 5;  
               while( i-- > 0) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
                    try {  
                         Thread.sleep(500);  
                    } catch (InterruptedException ie) {  
                    }  
               }  
          }

     }

輸出結(jié)果:

t1 : 4  
t1 : 3  
t1 : 2  
t1 : 1  
t1 : 0  
t2 : 4  
t2 : 3  
t2 : 2  
t2 : 1  
t2 : 0

4)第三個(gè)例子同樣適用其它同步代碼塊。也就是說，當(dāng)一個(gè)線程訪問object的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，它就獲得了這個(gè)object的對(duì)象鎖。結(jié)果，其它線程對(duì)該object對(duì)象所有同步代碼部分的訪問都被暫時(shí)阻塞。

 //修改Thread2.m4t2()方法如下：

     public synchronized void m4t2() {  
          int i = 5;  
          while( i-- > 0) {  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
               try {  
                    Thread.sleep(500);  
               } catch (InterruptedException ie) {  
               }  
          }  
     }

輸出結(jié)果：

t1 : 4  
t1 : 3  
t1 : 2  
t1 : 1  
t1 : 0  
t2 : 4  
t2 : 3  
t2 : 2  
t2 : 1  
t2 : 0

5)每個(gè)類也會(huì)有一個(gè)鎖，它可以用來控制對(duì)static數(shù)據(jù)成員的并發(fā)訪問。
并且如果一個(gè)線程執(zhí)行一個(gè)對(duì)象的非static synchronized方法，另外一個(gè)線程需要執(zhí)行這個(gè)對(duì)象所屬類的static synchronized方法，此時(shí)不會(huì)發(fā)生互斥現(xiàn)象，因?yàn)樵L問static synchronized方法占用的是類鎖，而訪問非static synchronized方法占用的是對(duì)象鎖，所以不存在互斥現(xiàn)象。
代碼如下：

public class Test {
 
    public static void main(String[] args)  {
        final InsertData insertData = new InsertData();
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                insertData.insert();
            }
        }.start(); 
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                insertData.insert1();
            }
        }.start();
    }  
}
 
class InsertData { 
    public synchronized void insert(){
        System.out.println("執(zhí)行insert");
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("執(zhí)行insert完畢");
    }
     
    public synchronized static void insert1() {
        System.out.println("執(zhí)行insert1");
        System.out.println("執(zhí)行insert1完畢");
    }
}

輸出結(jié)果：

執(zhí)行insert
執(zhí)行insert1
執(zhí)行insert1完畢
執(zhí)行insert完畢

第一個(gè)線程里面執(zhí)行的是insert方法，不會(huì)導(dǎo)致第二個(gè)線程執(zhí)行insert1方法發(fā)生阻塞現(xiàn)象。

面試題

當(dāng)一個(gè)線程進(jìn)入一個(gè)對(duì)象的synchronized方法A之后，其它線程是否可進(jìn)入此對(duì)象的synchronized方法B？
答：不能。其它線程只能訪問該對(duì)象的非同步方法，同步方法則不能進(jìn)入。因?yàn)榉庆o態(tài)方法上的synchronized修飾符要求執(zhí)行方法時(shí)要獲得對(duì)象的鎖，如果已經(jīng)進(jìn)入A方法說明對(duì)象鎖已經(jīng)被取走，那么試圖進(jìn)入B方法的線程就只能在等鎖池（注意不是等待池哦）中等待對(duì)象的鎖。

synchronized關(guān)鍵字的用法？
答：synchronized關(guān)鍵字可以將對(duì)象或者方法標(biāo)記為同步，以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象和方法的互斥訪問，可以用synchronized(對(duì)象) { … }定義同步代碼塊，或者在聲明方法時(shí)將synchronized作為方法的修飾符。

簡(jiǎn)述synchronized 和java.util.concurrent.locks.Lock的異同？
答：Lock是Java 5以后引入的新的API，和關(guān)鍵字synchronized相比主要相同點(diǎn)：Lock 能完成synchronized所實(shí)現(xiàn)的所有功能；主要不同點(diǎn)：Lock有比synchronized更精確的線程語義和更好的性能，而且不強(qiáng)制性的要求一定要獲得鎖。synchronized會(huì)自動(dòng)釋放鎖，而Lock一定要求程序員手工釋放，并且最好在finally 塊中釋放（這是釋放外部資源的最好的地方）

總結(jié)

以上就是synchronized的概念和基本使用用法，下一篇博文中將介紹Lock，希望對(duì)你有所幫助。

一直覺得自己寫的不是技術(shù)，而是情懷，一篇篇文章是自己這一路走來的痕跡?？繉I(yè)技能的成功是最具可復(fù)制性的，希望我的這條路能讓你少走彎路，希望我能幫你抹去知識(shí)的蒙塵，希望我能幫你理清知識(shí)的脈絡(luò)，希望未來技術(shù)之巔上有你也有我。