Java多线程(四)之synchronized关键字续分析

不点 阅读:184 2020-02-17 15:40:54 评论:0

1、synchronized原理

在java中,每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着,同步锁是依赖于对象而存在。
当我们调用某对象的synchronized方法时,就获取了该对象的同步锁。例如,synchronized(obj)就获取了“obj这个对象”的同步锁。
不同线程对同步锁的访问是互斥的。也就是说,某时间点,对象的同步锁只能被一个线程获取到!通过同步锁,我们就能在多线程中,实现对“对象/方法”的互斥访问。 例如,现在有两个线程A和线程B,它们都会访问“对象obj的同步锁”。假设,在某一时刻,线程A获取到“obj的同步锁”并在执行一些操作;而此时,线程B也企图获取“obj的同步锁” —— 线程B会获取失败,它必须等待,直到线程A释放了“该对象的同步锁”之后线程B才能获取到“obj的同步锁”从而才可以运行。

2、synchronized基本原则

我们将synchronized的基本规则总结为下面3条,并通过实例对它们进行说明。
第一条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
第二条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
第三条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。

(1)当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。

package com.demo.synchronize; 
 
public class MyRunable implements Runnable{ 
     
    @Override 
    public void run(){ 
         
        synchronized(this){ 
            try{ 
                for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);   
                } 
            }catch(InterruptedException e){ 
                 
            } 
        } 
    } 
}
package com.demo.synchronize; 
 
public class Demo1_1 { 
     
    public static void main(String[] args) {  
         
        Runnable demo = new MyRunable();     // 新建“Runnable对象” 
         
        Thread t1 = new Thread(demo, "t1");  // 新建“线程t1”, t1是基于demo这个Runnable对象 
        Thread t2 = new Thread(demo, "t2");  // 新建“线程t2”, t2是基于demo这个Runnable对象 
        t1.start();                          // 启动“线程t1” 
        t2.start();                          // 启动“线程t2”  
    }  
}

运行结果:

t1 loop 0 
t1 loop 1 
t1 loop 2 
t1 loop 3 
t1 loop 4 
t2 loop 0 
t2 loop 1 
t2 loop 2 
t2 loop 3 
t2 loop 4

结果说明:

run()方法中存在“synchronized(this)代码块”,而且t1和t2都是基于"demo这个Runnable对象"创建的线程。这就意味着,我们可以将synchronized(this)中的this看作是“demo这个Runnable对象”;因此,线程t1和t2共享“demo对象的同步锁”。所以,当一个线程运行的时候,另外一个线程必须等待“运行线程”释放“demo的同步锁”之后才能运行。

如果你确认,你搞清楚这个问题了。那我们将上面的代码进行修改,然后再运行看看结果怎么样,看看你是否会迷糊。修改后的源码如下:

package com.demo.synchronize; 
 
public class MyThread extends Thread{ 
     
    public MyThread(String name) { 
        super(name); 
    } 
 
    @Override 
    public void run() { 
        synchronized(this) { 
            try {   
                for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);   
                } 
            } catch (InterruptedException ie) {   
            } 
        }   
    } 
}
package com.demo.synchronize; 
 
public class Demo1_2 { 
     
    public static void main(String[] args){ 
        Thread t1 = new MyThread("t1");  // 新建“线程t1” 
        Thread t2 = new MyThread("t2");  // 新建“线程t2” 
        t1.start(); // 启动“线程t1” 
        t2.start(); // 启动“线程t2”  
    } 
}

代码说明:

比较Demo1_2 和 Demo1_1,我们发现,Demo1_2中的MyThread类是直接继承于Thread,而且t1和t2都是MyThread子线程。
幸运的是,在“Demo1_2的run()方法”也调用了synchronized(this),正如“Demo1_1的run()方法”也调用了synchronized(this)一样!
那么,Demo1_2的执行流程是不是和Demo1_1一样呢?

运行结果:

t2 loop 0 
t1 loop 0 
t2 loop 1 
t1 loop 1 
t1 loop 2 
t2 loop 2 
t2 loop 3 
t1 loop 3 
t2 loop 4 
t1 loop 4

结果说明:

如果这个结果一点也不令你感到惊讶,那么我相信你对synchronized和this的认识已经比较深刻了。否则的话,请继续阅读这里的分析。
synchronized(this)中的this是指“当前的类对象”,即synchronized(this)所在的类对应的当前对象。它的作用是获取“当前对象的同步锁”。
对于Demo1_2中,synchronized(this)中的this代表的是MyThread对象,而t1和t2是两个不同的MyThread对象,因此t1和t2在执行synchronized(this)时,获取的是不同对象的同步锁。对于Demo1_1对而言,synchronized(this)中的this代表的是MyRunable对象;t1和t2指的是同一个MyRunable对象,因此,一个线程获取了对象的同步锁,会造成另外一个线程等待。

(2)当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。

下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。

package com.demo.synchronize; 
 
public class Count { 
 
    // 含有synchronized同步块的方法 
    public void synMethod(){ 
        synchronized(this){ 
            try {   
                for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);   
                } 
            } catch (InterruptedException ie) {   
            } 
        } 
    } 
     
    // 非同步的方法 
    public void nonSynMethod(){ 
         try {   
             for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                Thread.sleep(100); 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);   
             } 
         } catch (InterruptedException ie) {   
         } 
    } 
}
package com.demo.synchronize; 
 
public class Demo2 { 
     
    public static void main(String[] args){ 
         
        final Count count = new Count(); 
         // 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法 
        Thread t1 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    count.synMethod(); 
                } 
            },"t1"); 
        // 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法 
        Thread t2 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    count.nonSynMethod(); 
                } 
            },"t2"); 
         
        t1.start(); // 启动t1 
        t2.start(); // 启动t2 
    } 
}

运行结果:

t1 synMethod loop 0 
t2 nonSynMethod loop 0 
t2 nonSynMethod loop 1 
t1 synMethod loop 1 
t2 nonSynMethod loop 2 
t1 synMethod loop 2 
t2 nonSynMethod loop 3 
t1 synMethod loop 3 
t1 synMethod loop 4 
t2 nonSynMethod loop 4

结果说明:

主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1会调用count对象的synMethod()方法,该方法内含有同步块;而t2则会调用count对象的nonSynMethod()方法,该方法不是同步方法。t1运行时,虽然调用synchronized(this)获取“count的同步锁”;但是并没有造成t2的阻塞,因为t2没有用到“count”同步锁。

(3)当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。

我们将上面的例子中的nonSynMethod()方法体的也用synchronized(this)修饰。修改后的源码如下:

package com.demo.synchronize; 
 
public class Count { 
 
    // 含有synchronized同步块的方法 
    public void synMethod(){ 
        synchronized(this){ 
            try {   
                for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);   
                } 
            } catch (InterruptedException ie) {   
            } 
        } 
    } 
     
    // 也包含synchronized同步块的方法 
    public void nonSynMethod(){ 
        synchronized(this){ 
            try {   
                 for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                    Thread.sleep(100); 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);   
                 } 
             } catch (InterruptedException ie) {   
             } 
        } 
    } 
}
package com.demo.synchronize; 
 
public class Demo3 { 
     
    public static void main(String[] args){ 
         
        final Count count = new Count(); 
         // 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法 
        Thread t1 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    count.synMethod(); 
                } 
            },"t1"); 
        // 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法 
        Thread t2 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    count.nonSynMethod(); 
                } 
            },"t2"); 
         
        t1.start(); // 启动t1 
        t2.start(); // 启动t2 
    } 
}

运行结果:

t1 synMethod loop 0 
t1 synMethod loop 1 
t1 synMethod loop 2 
t1 synMethod loop 3 
t1 synMethod loop 4 
t2 nonSynMethod loop 0 
t2 nonSynMethod loop 1 
t2 nonSynMethod loop 2 
t2 nonSynMethod loop 3 
t2 nonSynMethod loop 4

结果说明
主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1和t2运行时都调用synchronized(this),这个this是Count对象(count),而t1和t2共用count。因此,在t1运行时,t2会被阻塞,等待t1运行释放“count对象的同步锁”,t2才能运行。

3、synchronized方法和synchronized代码块

“synchronized方法”是用synchronized修饰方法,而 “synchronized代码块”则是用synchronized修饰代码块。

synchronized方法示例

public synchronized void foo1() { 
    System.out.println("synchronized methoed"); 
}

synchronized代码块

public void foo2() { 
    synchronized (this) { 
        System.out.println("synchronized methoed"); 
    } 
}

synchronized代码块中的this是指当前对象。也可以将this替换成其他对象,例如将this替换成obj,则foo2()在执行synchronized(obj)时就获取的是obj的同步锁。

synchronized代码块可以更精确的控制冲突限制访问区域,有时候表现更高效率。下面通过一个示例来演示:

// Demo4.java的源码 
public class Demo4 { 
 
    public synchronized void synMethod() { 
        for(int i=0; i<1000000; i++) 
            ; 
    } 
 
    public void synBlock() { 
        synchronized( this ) { 
            for(int i=0; i<1000000; i++) 
                ; 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        Demo4 demo = new Demo4(); 
 
        long start, diff; 
        start = System.currentTimeMillis();                // 获取当前时间(millis) 
        demo.synMethod();                                // 调用“synchronized方法” 
        diff = System.currentTimeMillis() - start;        // 获取“时间差值” 
        System.out.println("synMethod() : "+ diff); 
         
        start = System.currentTimeMillis();                // 获取当前时间(millis) 
        demo.synBlock();                                // 调用“synchronized方法块” 
        diff = System.currentTimeMillis() - start;        // 获取“时间差值” 
        System.out.println("synBlock()  : "+ diff); 
    } 
}

(某一次)执行结果:

synMethod() : 11 
synBlock() : 3

4、实例锁和全局锁

实例锁 -- 锁在某一个实例对象上。如果该类是单例,那么该锁也具有全局锁的概念。实例锁对应的就是synchronized关键字。
全局锁 -- 该锁针对的是类,无论实例多少个对象,那么线程都共享该锁。全局锁对应的就是static synchronized(或者是锁在该类的class或者classloader对象上)。

关于“实例锁”和“全局锁”有一个很形象的例子:

pulbic class Something { 
    public synchronized void isSyncA(){} 
    public synchronized void isSyncB(){} 
    public static synchronized void cSyncA(){} 
    public static synchronized void cSyncB(){} 
}

假设,Something有两个实例x和y。分析下面4组表达式获取的锁的情况。
(01) x.isSyncA()与x.isSyncB()
(02) x.isSyncA()与y.isSyncA()
(03) x.cSyncA()与y.cSyncB()
(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA()

(01) 不能被同时访问。因为isSyncA()和isSyncB()都是访问同一个对象(对象x)的同步锁!

package com.demo.synchronize; 
 
public class Something { 
     
    public synchronized void isSyncA(){ 
        try{ 
            for(int i=0;i<5;i++){ 
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":isSyncA"); 
            } 
        }catch(InterruptedException ie){ 
             
        } 
    } 
     
    public synchronized void isSyncB(){ 
        try{ 
            for(int i=0;i<5;i++){ 
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":isSyncB"); 
            } 
        }catch(InterruptedException ie){ 
             
        } 
    } 
}
package com.demo.synchronize; 
 
public class LockTest1 { 
     
    Something x = new Something(); 
    Something y = new Something(); 
     
    // 比较x.isSyncA()与x.isSyncB()  
    private void test1(){ 
        // 新建t11, t11会调用 x.isSyncA() 
        Thread t11 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    x.isSyncA(); 
                } 
            },"t11"); 
         
        // 新建t12, t12会调用 x.isSyncB() 
        Thread t12 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    x.isSyncB(); 
                } 
            },"t12"); 
         
        t11.start(); // 启动t11 
        t12.start(); // 启动t12 
    } 
     
    public static void main(String[] args){ 
        LockTest1 demo = new LockTest1(); 
        demo.test1(); 
    } 
}

运行结果:

t11:isSyncA 
t11:isSyncA 
t11:isSyncA 
t11:isSyncA 
t11:isSyncA 
t12:isSyncB 
t12:isSyncB 
t12:isSyncB 
t12:isSyncB 
t12:isSyncB

(02) 可以同时被访问。因为访问的不是同一个对象的同步锁,x.isSyncA()访问的是x的同步锁,而y.isSyncA()访问的是y的同步锁。

package com.demo.synchronize; 
 
public class LockTest2 { 
     
    Something x = new Something(); 
    Something y = new Something(); 
     
    // 比较x.isSyncA()与y.isSyncA()  
    private void test2(){ 
        // 新建t21, t21会调用 x.isSyncA() 
        Thread t21 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    x.isSyncA(); 
                } 
            },"t21"); 
         
        // 新建t22, t22会调用y.isSyncA() 
        Thread t22 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    y.isSyncA(); 
                } 
            },"t22"); 
         
        t21.start(); // 启动t21 
        t22.start(); // 启动t22 
    } 
     
    public static void main(String[] args){ 
        LockTest2 demo = new LockTest2(); 
        demo.test2(); 
    } 
}

运行结果:

t21:isSyncA 
t22:isSyncA 
t21:isSyncA 
t22:isSyncA 
t21:isSyncA 
t22:isSyncA 
t21:isSyncA 
t22:isSyncA 
t21:isSyncA 
t22:isSyncA

(03) 不能被同时访问。在Something.java类中加入两个静态方法cSyncA()和cSyncB(),因为cSyncA()和cSyncB()都是static类型,x.cSyncA()相当于Something.cSyncA(),y.cSyncB()相当于Something.cSyncB(),因此它们共用一个同步锁,不能被同时反问。

package com.demo.synchronize; 
 
public class Something { 
     
    public synchronized void isSyncA(){ 
        try{ 
            for(int i=0;i<5;i++){ 
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":isSyncA"); 
            } 
        }catch(InterruptedException ie){ 
             
        } 
    } 
     
    public synchronized void isSyncB(){ 
        try{ 
            for(int i=0;i<5;i++){ 
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":isSyncB"); 
            } 
        }catch(InterruptedException ie){ 
             
        } 
    } 
     
    public static synchronized void cSyncA(){ 
        try{ 
            for(int i=0;i<5;i++){ 
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":cSyncA"); 
            } 
        }catch(InterruptedException ie){ 
             
        } 
    } 
     
    public static synchronized void cSyncB(){ 
        try{ 
            for(int i=0;i<5;i++){ 
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":cSyncB"); 
            } 
        }catch(InterruptedException ie){ 
             
        } 
    } 
}
package com.demo.synchronize; 
 
public class LockTest3 { 
     
    Something x = new Something(); 
    Something y = new Something(); 
     
    // 比较 x.cSyncA()与y.cSyncB() 
    private void test3(){ 
         // 新建t31, t31会调用 x.cSyncA() 
        Thread t31 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    x.cSyncA(); 
                } 
            },"t31"); 
         
        // 新建t32, t32会调用 y.cSyncB() 
        Thread t32 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    y.cSyncB(); 
                } 
            },"t32"); 
         
        t31.start(); // 启动t31 
        t32.start(); // 启动t32 
    } 
     
    public static void main(String[] args){ 
        LockTest3 demo = new LockTest3(); 
        demo.test3(); 
    } 
}

运行结果:

t31:cSyncA 
t31:cSyncA 
t31:cSyncA 
t31:cSyncA 
t31:cSyncA 
t32:cSyncB 
t32:cSyncB 
t32:cSyncB 
t32:cSyncB 
t32:cSyncB

(04) 可以被同时访问。因为isSyncA()是实例方法,x.isSyncA()使用的是对象x的锁;而cSyncA()是静态方法,Something.cSyncA()可以理解对使用的是“类的锁”。因此,它们是可以被同时访问的。

package com.demo.synchronize; 
 
public class LockTest4 { 
 
    Something x = new Something(); 
    Something y = new Something(); 
     
    // 比较x.isSyncA()与Something.cSyncA() 
    private void test4(){ 
         // 新建t41, t41会调用 x.isSyncA() 
        Thread t41 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    x.isSyncA(); 
                } 
            },"t41"); 
         
        // 新建t42, t42会调用Something.cSyncA() 
        Thread t42 = new Thread( 
            new Runnable(){ 
                @Override 
                public void run(){ 
                    Something.cSyncA(); 
                } 
            },"t42"); 
         
        t41.start(); // 启动t41 
        t42.start(); // 启动t42 
    } 
     
    public static void main(String[] args){ 
        LockTest4 demo = new LockTest4(); 
        demo.test4(); 
    } 
}

运行结果:

t41:isSyncA 
t42:cSyncA 
t42:cSyncA 
t41:isSyncA 
t41:isSyncA 
t42:cSyncA 
t42:cSyncA 
t41:isSyncA 
t42:cSyncA 
t41:isSyncA
标签:java多线程
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