第10章-第2节-Java多线程中的synchronized锁

发布时间:2024年01月17日

1、概念:线程安全是并发编程中的重要关注点,应该注意到的是,造成线程安全问题的主要诱因有两点,一是存在共享数据(也称临界资源),二是存在多条线程共同操作共享数据。因此为了解决这个问题,我们可能需要这样一个方案,当存在多个线程操作共享数据时,需要保证同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据,其他线程必须等到该线程处理完数据后再进行,这种方式有个高尚的名称叫互斥锁/排斥锁,即能达到互斥访问目的的锁,也就是说当一个共享数据被当前正在访问的线程加上互斥锁后,在同一个时刻,其他线程只能处于等待的状态,直到当前线程处理完毕释放该锁。 在 Java 中,关键字 synchronized可以保证在同一个时刻,只有一个线程可以执行某个方法(普通方法/静态方法)或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作),同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用,synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到(保证可见性,完全可以替代Volatile功能),这点确实也是很重要的。

2、?synchronized的三种用法:

  • 修饰实例方法,作用于当前实例加锁,进入同步代码前要获得当前实例的锁 / 给当前的对象加锁!

  • 修饰静态方法,作用于当前类对象加锁,进入同步代码前要获得当前类对象的锁 / 给类加锁 -> 无论这个类有多少个对象,都共享这把锁

  • 修饰代码块,指定加锁对象,对给定对象加锁,进入同步代码库前要获得给定对象的锁。/ 给指定对象加锁

3、synchronized作用于实例方法:

public class AccountingSync implements Runnable{
    //共享资源(临界资源)
    static int i=0;

    /**
     * synchronized 修饰实例方法
     */
    public synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int j=0;j<1000000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AccountingSync instance=new AccountingSync();
        Thread t1=new Thread(instance);
        Thread t2=new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
    /**
     * 输出结果:
     * 2000000
     */
}

?注意:当一个线程正在访问一个对象的 synchronized 实例方法,那么其他线程不能访问该对象的其他 synchronized 方法,毕竟一个对象只有一把锁,当一个线程获取了该对象的锁之后,其他线程无法获取该对象的锁,所以无法访问该对象的其他synchronized实例方法,但是其他线程还是可以访问该实例对象的其他非synchronized方法

public class AccountingSyncBad implements Runnable{
    static int i=0;
    public synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int j=0;j<1000000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //new新实例
        Thread t1=new Thread(new AccountingSyncBad());
        //new新实例
        Thread t2=new Thread(new AccountingSyncBad());
        t1.start();
        t2.start();
        //join含义:当前线程A等待thread线程终止之后才能从thread.join()返回
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

?注意:上述代码与前面不同的是我们同时创建了两个新实例AccountingSyncBad,然后启动两个不同的线程对共享变量i进行操作,但很遗憾操作结果是1452317而不是期望结果2000000,因为上述代码犯了严重的错误,虽然我们使用synchronized修饰了increase方法,但却new了两个不同的实例对象,这也就意味着存在着两个不同的实例对象锁,因此t1和t2都会进入各自的对象锁,也就是说t1和t2线程使用的是不同的锁,因此线程安全是无法保证的。 解决这种困境的的方式是将synchronized作用于静态的increase方法,这样的话,对象锁就当前类对象,由于无论创建多少个实例对象,但对于的类对象拥有只有一个,所有在这样的情况下对象锁就是唯一的。下面我们看看如何使用将synchronized作用于静态的increase方法。

4、?synchronized作用于静态方法:

当synchronized作用于静态方法时,其锁就是当前类的class对象锁。由于静态成员不专属于任何一个实例对象,是类成员,因此通过class对象锁可以控制静态 成员的并发操作。需要注意的是如果一个线程A调用一个实例对象的非static synchronized方法,而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized方法,是允许的,不会发生互斥现象,因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的class对象,而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁

public class AccountingSyncClass implements Runnable{
    static int i=0;

    /**
     * 作用于静态方法,锁是当前class对象,也就是
     * AccountingSyncClass类对应的class对象
     */
    public static synchronized void increase(){
        i++;
    }

    /**
     * 非静态,访问时锁不一样不会发生互斥
     */
    public synchronized void increase4Obj(){
        i++;

    }

    @Override
    public void run() {
        for(int j=0;j<1000000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //new新实例
        Thread t1=new Thread(new AccountingSyncClass());
        //new新实例
        Thread t2=new Thread(new AccountingSyncClass());
        //启动线程
        t1.start();t2.start();

        t1.join();t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

?5、synchronized同步代码块:

除了使用关键字修饰实例方法和静态方法外,还可以使用同步代码块,在某些情况下,我们编写的方法体可能比较大,同时存在一些比较耗时的操作,而需要同步的代码又只有一小部分,如果直接对整个方法进行同步操作,可能会得不偿失,此时我们可以使用同步代码块的方式对需要同步的代码进行包裹,这样就无需对整个方法进行同步操作了

public class AccountingSync implements Runnable{
    static AccountingSync instance=new AccountingSync();
    static int i=0;
    @Override
    public void run() {
        //省略其他耗时操作....
        //使用同步代码块对变量i进行同步操作,锁对象为instance
        synchronized(instance){
            for(int j=0;j<1000000;j++){
                    i++;
             }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1=new Thread(instance);
        Thread t2=new Thread(instance);
        t1.start();t2.start();
        t1.join();t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

从代码看出,将synchronized作用于一个给定的实例对象instance,即当前实例对象就是锁对象,每次当线程进入synchronized包裹的代码块时就会要求当前线程持有instance实例对象锁,如果当前有其他线程正持有该对象锁,那么新到的线程就必须等待,这样也就保证了每次只有一个线程执行i++;操作。当然除了instance作为对象外,我们还可以使用this对象(代表当前实例)或者当前类的class对象作为锁,如下代码:

//this,当前实例对象锁
synchronized(this){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}

//class对象锁
synchronized(AccountingSync.class){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}

6、上一个卖票的经典案例:

public class Ticker implements Runnable {
    private static int ticket = 100;
    private String seller;

    public Ticker() {
    }

    public Ticker(String seller) {
        this.seller = seller;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (Ticker.class) {
                if (ticket > 0) {
                    ticket--;
                    System.out.println(seller + "卖了一张票,票剩余了:" + ticket + "张");
                } else {
                    System.out.println(seller + "卖完了所有票");
                    break;
                }
            }
        }
    }
}
/**
 * 1. 三个角色同时卖票     官方窗口     网上12306购票     黄牛
 * 2. 三家同时卖票,不能让票重复  , 不能超卖 (票数不能出现负数)
 * 3. 不能出现重复票
 * 4. 三家共同将100张票全部卖出
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Ticker seller1 = new Ticker("官方窗口");
        Ticker seller2 = new Ticker("网络12306");
        Ticker seller3 = new Ticker("个人黄牛");
        new Thread(seller1).start();
        new Thread(seller2).start();
        new Thread(seller3).start();
    }
}

备注:Runnable接口是函数式接口,所以本案例Main中new Thread().start()的写法可以用Lambda表达式写,当然也更是可以用匿名内部类写。?不过由于run()方法不带参,而且访问了成员变量,所以感觉用Lambda表达式好像写不出来,欢迎有好想法的可以发在评论区,用匿名内部类可以改写如下:

        new Thread(
                new Runnable() {
                    private int ticket = 100;
                    private final String seller = "官方窗口";
                    @Override
                    public void run() {
                        while (true) {
                            try {
                                Thread.sleep(10);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                            synchronized (Ticker.class) {
                                if (ticket > 0) {
                                    ticket--;
                                    System.out.println(seller + "卖了一张票,票剩余了:" + ticket + "张");
                                } else {
                                    System.out.println(seller + "卖完了所有票");
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                    }
                }
        ).start();

?但是也有问题,这里只是说类似的写法上可以改写一下,但是在这个实际案例中用匿名内部类改写后,ticket就不是同一个了,就不是卖的统一的100张,而是三家各卖各的100张票。

?本电子书目录:《Java基础的重点知识点全集》

文章来源:https://blog.csdn.net/jnbbwyth/article/details/135647232
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