JAVA多线程06-基础篇-synchronized

本节摘要：介绍synchronized 的作用，原理，用法

一、为什么需要synchronized？

因为在并发的场景下，是需要保证线程安全的，产生线程安全问题的原因主要有两个：一是临界资源，二是多线程访问临界资源，为了解决这两个问题，需要保证同一时刻只能有一个线程访问临界资源，synchronized就是为这个而生的，同时它还能保证内存可见性。

二、作用

synchronized我们通常翻译为“同步”，一句话概括其作用：防止资源冲突。具体来说：当任务执行由synchronized保护的代码片段时，它首先会尝试获得对象的锁，获取到锁以后，开始执行同步代码块，然后退出，否则阻塞。

举个例子：早晨到公司后，上厕所排号是常态_。假设卫生间只有一个坐便器，即只能一个人进去方便，先进去的人肯定要把门锁上（获取锁），然后.....此处省略500字，方便完了再打开门(释放锁)，后面排队的人再进去，当然，这里我说的都是文明员工，大家不会破门而入_。

三、原理

每个对象都关联一个monitor（对象），线程在执行时，首先要获得monitor的权限(即对象锁)才能执行，例如:如果两个线程1和 2 都需要获取obj的对象锁，在某一时刻，线程1获得到了obj的对象锁，线程2如果也想获得obj的对象锁，只能等待，直到线程1释放锁以后线程2才有可能获得到obj 的锁进而执行任务

3.1 底层字节码

代码示例：
public class SynchronizedDemo1 {
    public SynchronizedDemo1() {
}
//加锁方法
public synchronized void test1() {
    System.out.println("this is a synchronized method");
}
public void test2() {
    //锁代码块
    synchronized(this) {
    System.out.println("this is a synchronized block");
  }
}
public static void main(String[] args) {
    SynchronizedDemo1 s1 = new SynchronizedDemo1();
    s1.test1();
    s1.test2();
  }
}

上面程序通过javap -c得到的字节码结果如下：

javap -verbose得到的结果如下：

可以看到，test1方法的字节码是通过隐式(ACC_SYNCHRONIZED标志)加锁方法实现同步的，test2()方法是通过monitorenter和moniterexit指令来实现加锁和释放锁的；

四、用法

java中每个对象都可以作为锁，因此锁是依赖对象存在的。根据锁针对的对象不同，分为实例锁和类锁:

  • 实例锁：锁针对某一个对象实例，用法主要有两种：
a.普通方法加锁，此时的锁是当前对象实例，即该加锁方法所属的对象实例
public synchronized void method(){}
b.代码块加锁
synchronized(obj){
dosomething...
}
  • 类锁：锁针对的是类，而不是具体实例，该类的所有实例共享该锁，用法如下：
public static synchronized void method(){}

五、代码示例

5.1 示例1

public class SynchronizedExample {
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      Runnable r = new MyRunnable();
      Thread t1 = new Thread(r, "t1");
      Thread t2 = new Thread(r, "t2");
      t1.start();
      t2.start();
      TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
      System.out.println("分割线---------");
      Thread thread1 = new MyThread("thread1");
      Thread thread2 = new MyThread("thread2");
      thread1.start();
      thread2.start();
  }
}
class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
        synchronized (this) {
            try {
                    for (int i = 0; i < 4; i++) {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--" + i);
              }
            } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}
class MyThread extends Thread {
            public MyThread(String name) {
            super(name);
        }
      @Override
      public void run() {
              synchronized (this) {
                    try {
                          for (int i = 0; i < 5; i++) {
                                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--" + i);
                              }
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                       }
            }
    }
}

程序输出：
t2--0
t2--1
t2--2
t2--3
t1--0
t1--1
t1--2
t1--3
分割线---------
thread2--0
thread1--0
thread2--1
thread1--1
thread2--2
thread1--2
thread2--3
thread1--3
thread1--4
thread2--4

5.1.1 结果说明

主线程中启动4个线程:t1,t2,thread1,thread2.先说t1,t2,这两个线程共享r(MyRunnable)实例，MyRunnable中的run方法是加锁方法，当一个线程执行run方法时，另外一个线程只能等待；再说thread1和thread2,这两个线程没有共享任务实例，是两个不同的MyThread实例，虽然MyThread的run方法也是加锁方法，但是两个线程交替执行，并没有出现等待

5.1.2 总结

当一个线程访问某对象的同步方法或者同步代码块时，其他线程如果试图访问“该对象”的“该同步方法或者代码块”将被阻塞；如果两个线程获得不同对象的同步锁，将不会阻塞

5.2 示例2

public class SynchronizedExample2 {
          public static void main(String[] args) {
                      method();
          }
          public static void method() {
                  SynchronizedExample2 se = new SynchronizedExample2();
                  Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
                          @Override
                          public void run() {
                              se.syncMethod();
                          }
                        }, "t1");
                  Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
                          @Override
                          public void run() {
                              se.nonSyncMethod();
                        }
                       }, "t2");
              t1.start();
              t2.start();
}
public void syncMethod() {
           synchronized (this) {
                   try {
                        for (int i = 0; i < 5; i++) {
                              TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
                              System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--syncMethod--" + i);
                        }
                 } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
        }
}

public void nonSyncMethod() {
        try {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                      TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
                      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--nonSyncMethod--" + i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
          }
      }
}

结果输出：
t1--syncMethod--0
t2--nonSyncMethod--0
t1--syncMethod--1
t2--nonSyncMethod--1
t1--syncMethod--2
t2--nonSyncMethod--2
t1--syncMethod--3
t2--nonSyncMethod--3
t2--nonSyncMethod--4
t1--syncMethod--4

5.2.1 结果说明

主线程中启动两个线程t1,t2,这两个线程分别访问同一个实例se的两个方法，一个是同步方法，一个是普通方法，结果显示两个方法可以并发执行，没有发生阻塞

5.2.2 总结

当一个线程访问某对象的同步方法时，其他线程可以同时访问“该对象”的非同步方法

5.3 示例3

public class SynchronizedExample3 {
        public static void main(String[] args) {
        method();
}

public static void method() {
        SynchronizedExample3 se = new SynchronizedExample3();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
              se.syncMethod1();
        }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
              se.syncMethod2();
          }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
  }

public void syncMethod1() {
        synchronized (this) {
        try {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--syncMethod1--" + i);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
        }
    }
}

public void syncMethod2() {
          synchronized (this) {
             try {
                      for (int i = 0; i < 5; i++) {
                      TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
                      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--syncMethod2--" + i);
                  }
              } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
           }
      }
    }
}

结束输出：
t2--syncMethod2--0
t2--syncMethod2--1
t2--syncMethod2--2
t2--syncMethod2--3
t2--syncMethod2--4
t1--syncMethod1--0
t1--syncMethod1--1
t1--syncMethod1--2
t1--syncMethod1--3
t1--syncMethod1--4

5.3.1 结果说明

实例对象se中有2个加锁方法，主线程中启动2个线程t1,t2,分别执行se的2个加锁方法，从结果看，只有线程2执行完加锁方法2后，另外线程1才能开始执行加锁方法1，即两个线程没有并发执行，发生阻塞

5.3.2 总结

当一个线程访问某对象的同步方法或代码块时，其他线程访问“该对象”的其他同步方法或者代码块将被阻塞

5.4 示例

public class SynchronizedExample4 {

public static void main(String[] args) {
          test();
}

public static void test() {
      Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                  syncMethod1();
              }
          }, "t1");
      Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                  syncMethod2();
              }
          }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
}

public static synchronized void syncMethod1() {
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--syncMethod1--" + i);
             } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
              }
        }
}

public static synchronized void syncMethod2() {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                  try {
                           TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--syncMethod2--" + i);
                      } catch (InterruptedException e) {
                          e.printStackTrace();
                      }
            }
      }
}
结果输出：
t1--syncMethod1--0
t1--syncMethod1--1
t1--syncMethod1--2
t1--syncMethod1--3
t1--syncMethod1--4
t2--syncMethod2--0
t2--syncMethod2--1
t2--syncMethod2--2
t2--syncMethod2--3
t2--syncMethod2--4

5.4.1 结果说明

两个同步方法都是static的，所以两个线程中的加锁方法相当于执行SynchronizedExample4.syncMethod1()和SynchronizedExample4.syncMethod2(),从结果看，两个线程没有并发执行，发生阻塞

5.4.2 总结

当同步方法由static修饰时（类锁），多个线程执行该同步方法或者其他static同步方法会发生阻塞

5.5 示例5

public class SynchronizedExample5 {
          public static void main(String[] args) {
                  SynchronizedExample5 se = new SynchronizedExample5();
                  Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
                          @Override
                          public void run() {
                              method1();
                          }
                  }, "t1");
                  Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
                          @Override
                          public void run() {
                              se.method2();
                          }
                 }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
}

public static synchronized void method1() {
        try {
                    for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--method1--" + i);
            }
      } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
      }
}

public void method2() {
          synchronized (this) {
                try {
                    for (int i = 0; i < 5; i++) {
                        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--method2--" + i);
              }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
            }
          }
    }
}
结果输出：
t1--method1--0
t2--method2--0
t1--method1--1
t2--method2--1
t2--method2--2
t1--method1--2
t1--method1--3
t2--method2--3
t2--method2--4
t1--method1--4

5.5.1 结果说明

主线程启动两个线程，分别访问static同步方法(类锁)和非static同步代码块(实例锁)，两个线程并发执行，没有发生阻塞

5.5.2 总结

当多线程在同时访问某对象的类锁和实例锁时，是可以并发访问的

六、全篇总结

synchronized的使用准则：
1.当一个线程访问某对象的同步方法或者同步代码块时，其他线程如果试图访问“该对象”的“该同步方法或者代码块”将被阻塞；如果两个线程获得不同对象的同步锁，将不会阻塞
2.当一个线程访问某对象的同步方法时，其他线程可以同时访问“该对象”的非同步方法
3.当一个线程访问某对象的同步方法或代码块时，其他线程访问“该对象”的其他同步方法或者代码块将被阻塞
4.当同步方法由static修饰时（类锁），多个线程执行该同步方法或者其他static同步方法会发生阻塞
5.当多线程在同时访问某对象的类锁和实例锁时，是可以并发访问的

相信这些例子可以帮助大家学习Synchronized！

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