Java線程之Synchronized用法

synchronized是Java中的關鍵字,是一種同步鎖。它修飾的對象有以下幾種:

  1. 修飾一個代碼塊,被修飾的代碼塊稱為同步語句塊,其作用的范圍是大括號{}括起來的代碼,作用的對象是調用這個代碼塊的對象;
  2. 修飾一個方法,被修飾的方法稱為同步方法,其作用的范圍是整個方法,作用的對象是調用這個方法的對象;
  3. 修改一個靜態的方法,其作用的范圍是整個靜態方法,作用的對象是這個類的所有對象;
  4. 修改一個類,其作用的范圍是synchronized后面括號括起來的部分,作用主的對象是這個類的所有對象。
    ———————————————————————————————————————
    修飾一個代碼塊
    a、一個線程訪問一個對象中的synchronized(this)同步代碼塊時,其他試圖訪問該對象的線程將被阻塞.
/**
 * @author shuliangzhao
 * @Title: SyncThread
 * @ProjectName design-parent
 * @Description: TODO
 * @date 2019/6/17 23:25
 */
public class SyncThread implements Runnable {

    private static int count;

    public SyncThread() {
        count = 0;
    }


    @Override
    public void run() {
        synchronized (this) {
            try {
                for (int i = 0;i<5;i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                }
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread thread = new Thread(syncThread,"Thread1");
        Thread thread1 = new Thread(syncThread,"Thread2");
        thread.start();
        thread1.start();
    }
}

運行結果

Thread1:0
Thread1:1
Thread1:2
Thread1:3
Thread1:4
Thread2:5
Thread2:6
Thread2:7
Thread2:8
Thread2:9

當兩個并發線程(thread1和thread2)訪問同一個對象(syncThread)中的synchronized代碼塊時,在同一時刻只能有一個線程得到執行,另一個線程受阻塞,必須等待當前線程執行完這個代碼塊以后才能執行該代碼塊。Thread1和thread2是互斥的,因為在執行synchronized代碼塊時會鎖定當前的對象,只有執行完該代碼塊才能釋放該對象鎖,下一個線程才能執行并鎖定該對象。

把SyncThread的調用稍微改一下:

        Thread thread = new Thread(new SyncThread(),"Thread1");
        Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(),"Thread2");
        thread.start();
        thread1.start();

運行結果

Thread2:0
Thread1:0
Thread1:2
Thread1:3
Thread2:1
Thread2:5
Thread1:4
Thread2:6
Thread1:7
Thread2:8

這時相當于創建了兩個SyncThread的對象syncThread1和syncThread2,線程thread1執行的是syncThread1對象中的synchronized代碼(run),而線程thread2執行的是syncThread2對象中的synchronized代碼(run);我們知道synchronized鎖定的是對象,這時會有兩把鎖分別鎖定syncThread1對象和syncThread2對象,而這兩把鎖是互不干擾的,不形成互斥,所以兩個線程可以同時執行。
b、當一個線程訪問對象的一個synchronized(this)同步代碼塊時,另一個線程仍然可以訪問該對象中的非synchronized(this)同步代碼塊

/**
 * @author shuliangzhao
 * @Title: SyncThread1
 * @ProjectName design-parent
 * @Description: TODO
 * @date 2019/6/17 23:53
 */
public class CountThread implements Runnable{

    private static int count;

    public CountThread() {
        count = 0;
    }

    public void count() {
        synchronized(this) {
            for (int i = 0; i < 5; i ++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public void print() {
        for (int i = 0; i < 5; i ++) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":count:" + (count));
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        if (threadName.equals("A")) {
            count();
        } else if (threadName.equals("B")) {
            print();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        CountThread countThread = new CountThread();
        Thread thread1 = new Thread(countThread, "A");
        Thread thread2 = new Thread(countThread, "B");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

上面代碼中count是一個synchronized的,print是非synchronized的。從上面的結果中可以看出一個線程訪問一個對象的synchronized代碼塊時,別的線程可以訪問該對象的非synchronized代碼塊而不受阻塞。
c、指定要給某個對象加鎖

/**
 * @author shuliangzhao
 * @Title: Account
 * @ProjectName design-parent
 * @Description: TODO
 * @date 2019/6/18 0:04
 */
public class Account {
    String name;
    float amount;

    public Account(String name, float amount) {
        this.name = name;
        this.amount = amount;
    }
    //存錢
    public  void deposit(float amt) {
        amount += amt;
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //取錢
    public  void withdraw(float amt) {
        amount -= amt;
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public float getBalance() {
        return amount;
    }
}

/**
 * 賬戶操作類
 */
class AccountOperator implements Runnable{
    private Account account;
    public AccountOperator(Account account) {
        this.account = account;
    }

    public void run() {
        synchronized (account) {
            account.deposit(500);
            account.withdraw(500);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + account.getBalance());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account("zhang san", 10000.0f);
        AccountOperator accountOperator = new AccountOperator(account);

        final int THREAD_NUM = 5;
        Thread threads[] = new Thread[THREAD_NUM];
        for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i ++) {
            threads[i] = new Thread(accountOperator, "Thread" + i);
            threads[i].start();
        }
    }
}

運行結果

Thread0:10000.0
Thread4:10000.0
Thread3:10000.0
Thread2:10000.0
Thread1:10000.0

在AccountOperator 類中的run方法里,我們用synchronized 給account對象加了鎖。這時,當一個線程訪問account對象時,其他試圖訪問account對象的線程將會阻塞,直到該線程訪問account對象結束。也就是說誰拿到那個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼。
當有一個明確的對象作為鎖時,就可以用類似下面這樣的方式寫程序。

public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 鎖定的對象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

當沒有明確的對象作為鎖,只是想讓一段代碼同步時,可以創建一個特殊的對象來充當鎖

 private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance變量
   public void method()
   {
      synchronized(lock) {
         // todo 同步代碼塊
      }
   }

   public void run() {

   }

說明:零長度的byte數組對象創建起來將比任何對象都經濟――查看編譯后的字節碼:生成零長度的byte[]對象只需3條操作碼,而Object lock = new Object()則需要7行操作碼。

修飾一個方法

Synchronized修飾一個方法很簡單,就是在方法的前面加synchronized,public synchronized void method(){//todo}; synchronized修飾方法和修飾一個代碼塊類似,只是作用范圍不一樣,修飾代碼塊是大括號括起來的范圍,而修飾方法范圍是整個函數。

public synchronized void run() {
   for (int i = 0; i < 5; i ++) {
      try {
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
         Thread.sleep(100);
      } catch (InterruptedException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

Synchronized作用于整個方法的寫法。
寫法一:

public synchronized void method()
{
   // todo
}

寫法二:

public void method()
{
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}

在用synchronized修飾方法時要注意以下幾點:

  1. synchronized關鍵字不能繼承。
    雖然可以使用synchronized來定義方法,但synchronized并不屬于方法定義的一部分,因此,synchronized關鍵字不能被繼承。如果在父類中的某個方法使用了synchronized關鍵字,而在子類中覆蓋了這個方法,在子類中的這個方法默認情況下并不是同步的,而必須顯式地在子類的這個方法中加上synchronized關鍵字才可以。當然,還可以在子類方法中調用父類中相應的方法,這樣雖然子類中的方法不是同步的,但子類調用了父類的同步方法,因此,子類的方法也就相當于同步了。這兩種方式的例子代碼如下:
    在子類方法中加上synchronized關鍵字
class Parent {
   public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
   public synchronized void method() { }
}

在子類方法中調用父類的同步方法

class Parent {
   public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent {
   public void method() { super.method();   }
} 

在定義接口方法時不能使用synchronized關鍵字。
構造方法不能使用synchronized關鍵字,但可以使用synchronized代碼塊來進行同步

修飾一個靜態的方法

我們知道靜態方法是屬于類的而不屬于對象的。同樣的,synchronized修飾的靜態方法鎖定的是這個類的所有對象,把SyncThread改造下:

/**
 * @author shuliangzhao
 * @Title: SyncThread
 * @ProjectName design-parent
 * @Description: TODO
 * @date 2019/6/17 23:25
 */
public class SyncThread implements Runnable {

    private static int count;

    public SyncThread() {
        count = 0;
    }

    public static void testSync() {
            try {
                for (int i = 0;i<5;i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                }
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    }

    @Override
    public synchronized void run() {
        testSync();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread thread = new Thread(new SyncThread(),"Thread1");
        Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(),"Thread2");
        thread.start();
        thread1.start();
    }
}

運行結果

Thread1:0
Thread1:1
Thread1:2
Thread1:3
Thread1:4
Thread2:0
Thread2:5
Thread2:6
Thread2:7
Thread2:8

syncThread1和syncThread2是SyncThread的兩個對象,但在thread1和thread2并發執行時卻保持了線程同步。這是因為run中調用了靜態方法method,而靜態方法是屬于類的,所以syncThread1和syncThread2相當于用了同一把鎖。

修飾一個類

用法

class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}
public class SyncThread implements Runnable {

    private static int count;

    public SyncThread() {
        count = 0;
    }

    public static void testSync() {
        synchronized (SyncThread.class) {
            try {
                for (int i = 0;i<5;i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                }
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    @Override
    public synchronized void run() {
        testSync();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread thread = new Thread(new SyncThread(),"Thread1");
        Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(),"Thread2");
        thread.start();
        thread1.start();
    }
}

運行結果

Thread1:0
Thread1:1
Thread1:2
Thread1:3
Thread1:4
Thread2:5
Thread2:6
Thread2:7
Thread2:8
Thread2:9

A. 無論synchronized關鍵字加在方法上還是對象上,如果它作用的對象是非靜態的,則它取得的鎖是對象;如果synchronized作用的對象是一個靜態方法或一個類,則它取得的鎖是對類,該類所有的對象同一把鎖。
B. 每個對象只有一個鎖(lock)與之相關聯,誰拿到這個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼。
C. 實現同步是要很大的系統開銷作為代價的,甚至可能造成死鎖,所以盡量避免無謂的同步控制。

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