java并發(fā)編程之深入理解Synchronized的使用

更新時間：2021年08月27日 15:39:52 作者：青苔小榭

文詳細講述了線程、進程的關系及在操作系統(tǒng)中的表現(xiàn)，這是多線程學習必須了解的基礎。本文將接著講一下Java線程同步中的一個重要的概念synchronized，希望能夠給你有所幫助

1.為什么要使用synchronized

在并發(fā)編程中存在線程安全問題，主要原因有：1.存在共享數(shù)據(jù) 2.多線程共同操作共享數(shù)據(jù)。關鍵字synchronized可以保證在同一時刻，只有一個線程可以執(zhí)行某個方法或某個代碼塊，同時synchronized可以保證一個線程的變化可見（可見性），即可以代替volatile。

2.實現(xiàn)原理

synchronized可以保證方法或者代碼塊在運行時，同一時刻只有一個方法可以進入到臨界區(qū)，同時它還可以保證共享變量的內存可見性

3.synchronized的三種應用方式

Java中每一個對象都可以作為鎖，這是synchronized實現(xiàn)同步的基礎：

普通同步方法（實例方法），鎖是當前實例對象，進入同步代碼前要獲得當前實例的鎖
靜態(tài)同步方法，鎖是當前類的class對象，進入同步代碼前要獲得當前類對象的鎖
同步方法塊，鎖是括號里面的對象，對給定對象加鎖，進入同步代碼庫前要獲得給定對象的鎖。

4.synchronized的作用

Synchronized是Java中解決并發(fā)問題的一種最常用最簡單的方法，他可以確保線程互斥的訪問同步代碼

5.舉栗子

**一、synchronized作用于實例方法**

①多個線程訪問同一個對象的同一個方法

public class synchronizedTest implements Runnable {
    //共享資源
    static int i =0;
    /**
     * synchronized 修飾實例方法
     */
    public synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run(){
        for (int j =0 ; j<10000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        synchronizedTest test = new synchronizedTest();
        Thread t1 = new Thread(test);
        Thread t2 = new Thread(test);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

結果：

這里寫圖片描述

分析：當兩個線程同時對一個對象的一個方法進行操作，只有一個線程能夠搶到鎖。因為一個對象只有一把鎖，一個線程獲取了該對象的鎖之后，其他線程無法獲取該對象的鎖，就不能訪問該對象的其他synchronized實例方法，需要等到對象被釋放后才能獲取，但是在對象沒有被釋放前，其他線程可以訪問非synchronized修飾的方法

②一個線程獲取了該對象的鎖之后，其他線程來訪問其他synchronized實例方法現(xiàn)象舉栗

public class SynchronizedTest {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("Method 1 start");
        try {
            System.out.println("Method 1 execute");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 1 end");
    }
    public synchronized void method2() {
        System.out.println("Method 2 start");
        try {
            System.out.println("Method 2 execute");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 2 end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest();
        new Thread(test::method1).start();
        new Thread(test::method2).start();
    }
}

結果：

這里寫圖片描述

分析：可以看出其他線程來訪問synchronized修飾的其他方法時需要等待線程1先把鎖釋放

③一個線程獲取了該對象的鎖之后，其他線程來訪問其他非synchronized實例方法現(xiàn)象舉栗去掉②中方法二的synchronized

public class SynchronizedTest {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("Method 1 start");
        try {
            System.out.println("Method 1 execute");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 1 end");
    }
    public void method2() {
        System.out.println("Method 2 start");
        try {
            System.out.println("Method 2 execute");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 2 end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedTest test = new SynchronizedTest();
        new Thread(test::method1).start();
        new Thread(test::method2).start();
    }
}

結果：

這里寫圖片描述

分析：當線程1還在執(zhí)行時，線程2也執(zhí)行了，所以當其他線程來訪問非synchronized修飾的方法時是可以訪問的

④當多個線程作用于不同的對象

public class SynchronizedTest {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("Method 1 start");
        try {
            System.out.println("Method 1 execute");
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 1 end");
    }
    public synchronized void method2() {
        System.out.println("Method 2 start");
        try {
            System.out.println("Method 2 execute");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Method 2 end");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedTest test1 = new SynchronizedTest();
        final SynchronizedTest test2 = new SynchronizedTest();
        new Thread(test1::method1).start();
        new Thread(test2::method2).start();
    }
}

結果：

在這里插入圖片描述

分析：因為兩個線程作用于不同的對象，獲得的是不同的鎖，所以互相并不影響

**此處思考一個問題：為什么分布式環(huán)境下synchronized失效？如何解決這種情況？

** **二、synchronized作用于靜態(tài)方法**

public class synchronizedTest implements Runnable {
    //共享資源
    static int i =0;
    /**
     * synchronized 修飾實例方法
     */
    public static synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run(){
        for (int j =0 ; j<10000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new synchronizedTest());
        Thread t2 = new Thread(new synchronizedTest());
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }

結果：

這里寫圖片描述

分析：由例子可知，兩個線程實例化兩個不同的對象，但是訪問的方法是靜態(tài)的，兩個線程發(fā)生了互斥（即一個線程訪問，另一個線程只能等著），因為靜態(tài)方法是依附于類而不是對象的，當synchronized修飾靜態(tài)方法時，鎖是class對象。

**三、synchronized作用于同步代碼塊**

為什么要同步代碼塊呢？在某些情況下，我們編寫的方法體可能比較大，同時存在一些比較耗時的操作，而需要同步的代碼又只有一小部分，如果直接對整個方法進行同步操作，可能會得不償失，此時我們可以使用同步代碼塊的方式對需要同步的代碼進行包裹，這樣就無需對整個方法進行同步操作了。

 public class synchronizedTest implements Runnable {
    static synchronizedTest instance=new synchronizedTest();
    static int i=0;
    @Override
    public void run() {
        //省略其他耗時操作....
        //使用同步代碼塊對變量i進行同步操作,鎖對象為instance
        synchronized(instance){
            for(int j=0;j<10000;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);
    }
}

結果：

這里寫圖片描述

分析：將synchronized作用于一個給定的實例對象instance，即當前實例對象就是鎖對象，每次當線程進入synchronized包裹的代碼塊時就會要求當前線程持有instance實例對象鎖，如果當前有其他線程正持有該對象鎖，那么新到的線程就必須等待，這樣也就保證了每次只有一個線程執(zhí)行i++;操作。當然除了instance作為對象外，我們還可以使用this對象(代表當前實例)或者當前類的class對象作為鎖，如下代碼：

//this,當前實例對象鎖
synchronized(this){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}
//class對象鎖
synchronized(AccountingSync.class){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}