引言
線程安全是并發(fā)編程中的重要關(guān)注點(diǎn)，而造成線程安全問題的主要原因有兩點(diǎn)：
- 存在共享數(shù)據(jù)（臨界資源）；
- 存在多個(gè)線程共同操作共享數(shù)據(jù)；
因此為了解決這個(gè)問題，我們需要這樣的一個(gè)方案，當(dāng)存在多個(gè)線程操作共享數(shù)據(jù)時(shí)，需要確保同一時(shí)刻有且只有一個(gè)線程在操作共享數(shù)據(jù)，其他線程必須等到該線程處理數(shù)據(jù)完后再進(jìn)行操作，這就是我們所說的互斥鎖，即能達(dá)到互斥訪問目的的鎖。也就是說當(dāng)一個(gè)共享數(shù)據(jù)被當(dāng)前正訪問的線程加上互斥鎖后，在同一時(shí)刻，其他線程只能處于等待的狀態(tài)，直到當(dāng)前線程處理完畢釋放該鎖。
在Java中，關(guān)鍵字synchronized可以保證在同一時(shí)刻，只有一個(gè)線程可以執(zhí)行某個(gè)方法或某個(gè)代碼塊。
synchronized的三種使用方式
- 修飾實(shí)例方法 - 作用于當(dāng)前實(shí)例加鎖，進(jìn)入同步代碼要獲得當(dāng)前實(shí)例的鎖；
- 修飾靜態(tài)方法 - 作用于當(dāng)前類對(duì)象加鎖，進(jìn)入同步代碼前要獲得當(dāng)前類對(duì)象的鎖；
- 修飾代碼塊 - 指定加鎖對(duì)象，對(duì)給定對(duì)象加鎖，進(jìn)入同步代碼庫(kù)前要獲得給定對(duì)象的鎖；
synchronized作用于實(shí)例方法
所謂的實(shí)例對(duì)象鎖，指的是用synchronized修飾實(shí)例對(duì)象中的實(shí)例方法，注意這里實(shí)例方法不包括靜態(tài)方法。代碼如下：
public class InstanceSync implements Runnable {
static int count = 0;
// synchronized修飾實(shí)例方法
private synchronized void inc() {
count++;
}
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (i++ < 1000) {
inc();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
InstanceSync instanceSync = new InstanceSync();
Thread t1 = new Thread(instanceSync);
Thread t2 = new Thread(instanceSync);
t1.start();
t2.start();
t1.join(); // 等待線程結(jié)束
t2.join(); // 等待線程結(jié)束
System.out.println(instanceSync.count);
}
}
運(yùn)行結(jié)果為：
2000
Process finished with exit code 0
在上述代碼中，我們開啟了二個(gè)線程操作同一個(gè)共享的資源（變量count，由于count++不具備原子性（先讀值，后寫回一個(gè)新值，分二步），因此，我們對(duì)inc方法使用synchronized進(jìn)行修飾，以便保證線程安全。
我們注意到synchronized修飾的是實(shí)例方法inc，在這種情況下，當(dāng)前線程的鎖便是實(shí)例對(duì)象instanceSync，（Java中的線程同步鎖可以是任意對(duì)象）。
如果我們將代碼改成如下：
public class InstanceSync implements Runnable {
static int count = 0;
// synchronized修飾實(shí)例方法
private synchronized void inc() {
count++;
}
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (i++ < 1000) {
inc();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new InstanceSync()); // 重新new一個(gè)實(shí)例
Thread t2 = new Thread(new InstanceSync()); // 重新new一個(gè)實(shí)例
t1.start();
t2.start();
t1.join(); // 等待線程結(jié)束
t2.join(); // 等待線程結(jié)束
System.out.println(count);
}
}
運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)是一個(gè)小于2000的值，上述代碼我們犯了一個(gè)錯(cuò)誤，雖然我們使用了synchronized修飾了inc方法，但卻new了兩個(gè)不同的實(shí)例對(duì)象，這就意味著存在兩個(gè)不同的實(shí)例對(duì)象鎖，因此t1和t2都會(huì)進(jìn)入各自的對(duì)象鎖，即t1和t2使用了不同的鎖，所以線程安全無(wú)法保證。
解決這種困境的方法是：將synchronized作用于靜態(tài)的inc方法，這樣的話，對(duì)象鎖就是當(dāng)前類對(duì)象，由于無(wú)論創(chuàng)建多少個(gè)實(shí)例對(duì)象，但對(duì)于類的對(duì)象擁有只有一個(gè)，所以這樣的情況下對(duì)象鎖就是唯一的。
下面我們看看如何使用將synchronized作用于靜態(tài)的inc方法上。
synchronized作用于靜態(tài)方法
當(dāng)synchronized作用于靜態(tài)方法時(shí)，其鎖就是當(dāng)前類的class對(duì)象鎖。由于靜態(tài)成員不專屬于任何一個(gè)實(shí)例對(duì)象，是類成員，因此通過class對(duì)象鎖可以控制靜態(tài)成員的并發(fā)操作。
注意： 如果線程A調(diào)用一個(gè)實(shí)例對(duì)象的非 static synchronized方法，而線程B需要調(diào)用這個(gè)實(shí)例對(duì)象所屬類的靜態(tài)synchronized方法是被允許的，這不會(huì)發(fā)生互斥現(xiàn)象。原因是訪問靜態(tài)synchronized方法所占用的鎖是當(dāng)前類的class對(duì)象，而訪問非靜態(tài)synchronized方法占用的鎖是當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖，是兩個(gè)不同的鎖。代碼如下:
public class InstanceSync implements Runnable {
static int count = 0;
// 作用于靜態(tài)方法 synchronized修飾實(shí)例方法
private static synchronized void inc() {
count++;
}
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (i++ < 1000) {
inc();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new InstanceSync()); // 重新new一個(gè)實(shí)例
Thread t2 = new Thread(new InstanceSync()); // 重新new一個(gè)實(shí)例
t1.start();
t2.start();
t1.join(); // 等待線程結(jié)束
t2.join(); // 等待線程結(jié)束
System.out.println(count);
}
}
我們只是在inc方法前加了static，標(biāo)識(shí)其為靜態(tài)成員方法。運(yùn)行結(jié)果，我們得到了一個(gè)2000的值，這個(gè)是我們預(yù)想到的。
synchronized同步代碼塊
我們除了使用關(guān)鍵字synchronized修飾實(shí)例方法和靜態(tài)方法之外，還可以使用在同步代碼塊上。
在某些情況下，我們編寫的方法體可能比較大，執(zhí)行耗時(shí)比較長(zhǎng)，而需要同步的代碼又只有一小部分；如果直接對(duì)整個(gè)方法進(jìn)行同步操作會(huì)發(fā)現(xiàn)得不償失，此時(shí)我們可以使用同步代碼塊的方式對(duì)需要同步的代碼進(jìn)行包裹，同步代碼塊使用如下：
public class InstanceSync implements Runnable {
private String lockFlag = "lockFlag"; // 定義一個(gè)對(duì)象所
static int count = 0;
@Override
public void run() {
// 我這里是一個(gè)大的耗時(shí)操作,不需要同步,無(wú)線程安全
// ...
synchronized (lockFlag) {
int i = 0;
while (i++ < 1000) {
count++;
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(new InstanceSync()); // 重新new一個(gè)實(shí)例
Thread t2 = new Thread(new InstanceSync()); // 重新new一個(gè)實(shí)例
t1.start();
t2.start();
t1.join(); // 等待線程結(jié)束
t2.join(); // 等待線程結(jié)束
System.out.println(count);
}
}
從上面的代碼看到，我們定義了一個(gè)鎖對(duì)象lockFlag，如果你覺得單獨(dú)再定義一個(gè)鎖對(duì)象麻煩，你也可以這樣:
// this，當(dāng)前實(shí)例對(duì)象鎖
synchronized(this) {
// ... 實(shí)現(xiàn)部分
}
或者
// class對(duì)象鎖
synchronized(InstanceSync.class) {
// ... 實(shí)現(xiàn)部分
}
每次當(dāng)線程進(jìn)入synchronized包裹的代碼塊時(shí)，就會(huì)要求持有指定的對(duì)象鎖，如果當(dāng)前有其他線程正持有該對(duì)象鎖，那么新到的線程就必須等待，這樣就確保了每次只有一個(gè)線程執(zhí)行count++操作。
擴(kuò)展：synchronized鎖重入
關(guān)鍵字synchronized擁有鎖重入的功能，即在使用synchronized時(shí)，當(dāng)一個(gè)線程得到一個(gè)對(duì)象鎖后，再次請(qǐng)求此對(duì)象鎖時(shí)是可以再次得到該對(duì)象鎖的。
這也證明了在一個(gè)synchronized方法/塊的內(nèi)部調(diào)用本類的其他synchronized方法/塊時(shí)，是永遠(yuǎn)可以得到鎖的。
我們定義如下三個(gè)類：
Service.java
public class Service {
public synchronized void service1() {
System.out.println("--->service1");
service2();
}
public synchronized void service2() {
System.out.println("--->service2");
service3();
}
public synchronized void service3() {
System.out.println("--->service3");
service4();
}
public synchronized void service4() {
System.out.println("--->service4");
}
}
MyThread.java
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
super.run();
Service service = new Service();
service.service1();
}
}
Run.java
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread();
t.start();
}
}
執(zhí)行代碼，結(jié)果如下：
--->service1
--->service2
--->service3
--->service4
Process finished with exit code 0
可重入鎖 - 即自己可以再次獲取自己的內(nèi)部鎖。比如有一個(gè)線程獲得了某個(gè)對(duì)象的鎖，此時(shí)這個(gè)對(duì)象鎖還沒有釋放，當(dāng)其再次想要獲取這個(gè)對(duì)象的鎖的時(shí)候還是可以獲取的，如果不可鎖重入的話，就會(huì)造成死鎖。
可重入鎖也支持在父子類繼承的環(huán)境中
總結(jié)
對(duì)于synchronized的作用，關(guān)鍵看其持有的鎖對(duì)象，只要你抓住了這個(gè)，你就不會(huì)有困擾。
