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并发：Synchronization

并发：Synchronization

作者: Kate_Blog | 来源:发表于2018-11-29 21:52 被阅读0次
  • synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：
    1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
    1. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
    1. 修饰一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；
    1. 修饰一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

修饰一个代码块

    1. 一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞。我们看下面一个例子：
    /**
     * 同步线程
     */
    class SyncThread implements Runnable {
       private  int count;
    
       public SyncThread() {
          count = 0;
       }
    
       public  void run() {
          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 int getCount() {
          return count;
       }
    }
  • SyncThread的调用：
// 作用于调用这个代码块的对象
    SyncThread syncThread = new SyncThread();
    Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");
    Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");
    thread1.start();
    thread2.start();
  • 结果如下：
SyncThread1:0 
SyncThread1:1 
SyncThread1:2 
SyncThread1:3 
SyncThread1:4 
SyncThread2:5 
SyncThread2:6 
SyncThread2:7 
SyncThread2:8 
SyncThread2:9
  • 当两个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象(syncThread)中的synchronized代码块时，
    在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。
    Thread1和thread2是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，
    下一个线程才能执行并锁定该对象。
  • 我们再把SyncThread的调用稍微改一下：
Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();
  • 结果如下：
SyncThread1:0
SyncThread2:0
SyncThread1:1
SyncThread2:1
SyncThread1:2
SyncThread2:2
SyncThread1:3
SyncThread2:3
SyncThread1:4
SyncThread2:4
  • 不是说一个线程执行synchronized代码块时其它的线程受阻塞吗？为什么上面的例子中thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，而上面的代码等同于下面这段代码：
SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();

  • 这时创建了两个SyncThread的对象syncThread1和syncThread2，
    线程thread1执行的是syncThread1对象中的synchronized代码(run)，
    而线程thread2执行的是syncThread2对象中的synchronized代码(run)；
    我们知道synchronized锁定的是对象，这时会有两把锁分别锁定syncThread1对象和syncThread2对象，
    而这两把锁是互不干扰的，不形成互斥，所以两个线程可以同时执行。

  • 【Demo2】：多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

class Counter implements Runnable{
   private int count;

   public Counter() {
      count = 0;
   }

   public void countAdd() {
      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();
            }
         }
      }
   }

   //非synchronized代码块，未对count进行读写操作，所以可以不用synchronized
   public void printCount() {
      for (int i = 0; i < 5; i ++) {
         try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count);
            Thread.sleep(100);
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }
   }

   public void run() {
      String threadName = Thread.currentThread().getName();
      if (threadName.equals("A")) {
         countAdd();
      } else if (threadName.equals("B")) {
         printCount();
      }
   }
}
  • 调用代码:
Counter counter = new Counter();
Thread thread1 = new Thread(counter, "A");
Thread thread2 = new Thread(counter, "B");
thread1.start();
thread2.start();
  • 结果如下：
A:0 
B count:1 
A:1 
B count:2 
A:2 
B count:3 
A:3 
B count:4 
A:4 
B count:5

  • 上面代码中countAdd是一个synchronized的，printCount是非synchronized的。
    从上面的结果中可以看出一个线程访问一个对象的synchronized代码块时，
    别的线程可以访问该对象的非synchronized代码块而不受阻塞。

    1. 指定要给某个对象加锁

  • 【Demo3】:指定要给某个对象加锁

/**
 * 银行账户类
 */
class Account {
   String name;
   float amount;

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

   public float getBalance() {
      return amount;
   }
}

/**
 * 账户操作类
 */
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());
      }
   }
}
  • 调用代码:
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();
}
  • 结果如下：
Thread3:10000.0 
Thread2:10000.0 
Thread1:10000.0 
Thread4:10000.0 
Thread0:10000.0

  • 在AccountOperator 类中的run方法里，我们用synchronized 给account对象加了锁。
    这时，当一个线程访问account对象时，其他试图访问account对象的线程将会阻塞，
    直到该线程访问account对象结束。也就是说谁拿到那个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。

  • 当有一个明确的对象作为锁时，就可以用类似下面这样的方式写程序。

public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 锁定的对象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

class Test implements Runnable
{
   private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance变量
   public void method()
   {
      synchronized(lock) {
         // todo 同步代码块
      }
   }

   public void run() {

   }
}
  • 说明：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码：
    生成零长度的byte[]对象只需3条操作码，
    而Object lock = new Object()则需要7行操作码。

修饰一个方法

  • Synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method(){//todo}; synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似，只是作用范围不一样，修饰代码块是大括号括起来的范围，而修饰方法范围是整个函数。如将【Demo1】中的run方法改成如下的方式，实现的效果一样
  • 【Demo4】：synchronized修饰一个方法
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作用于整个方法的写法。
  • 写法一：
public synchronized void method()
{
   // todo
}
  • 写法二：
public void method()
{
 synchronized(this) {
    // todo
 }
}
  • 写法一修饰的是一个方法，写法二修饰的是一个代码块，但写法一与写法二是等价的，都是锁定了整个方法时的内容。
    1. synchronized关键字不能继承。
      虽然可以使用synchronized来定义方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：
      在子类方法中加上synchronized关键字
class Parent {
   public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
   public synchronized void method() { }
}
  • 在子类方法中调用父类的同步方法
class Parent {
   public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent {
   public void method() { super.method();   }
}
    1. 在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
  • 2 .构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。
public synchronized static void method() {
   // todo
}

  • 我们知道静态方法是属于类的而不属于对象的。同样的，synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。我们对Demo1进行一些修改如下：

  • 【Demo5】：synchronized修饰静态方法

/**
 * 同步线程
 */
class SyncThread implements Runnable {
   private static int count;

   public SyncThread() {
      count = 0;
   }

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

   public synchronized void run() {
      method();
   }
}
  • 调用代码:
SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();
  • 结果如下：
SyncThread1:0 
SyncThread1:1 
SyncThread1:2 
SyncThread1:3 
SyncThread1:4 
SyncThread2:5 
SyncThread2:6 
SyncThread2:7 
SyncThread2:8 
SyncThread2:9
  • syncThread1和syncThread2是SyncThread的两个对象，
    但在thread1和thread2并发执行时却保持了线程同步。
    这是因为run中调用了静态方法method，而静态方法是属于类的，
    所以syncThread1和syncThread2相当于用了同一把锁。这与Demo1是不同的。

修饰一个类

  • Synchronized还可作用于一个类，用法如下：
class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}
  • 我们把Demo5再作一些修改。
  • 【Demo6】:修饰一个类
/**
 * 同步线程
 */
class SyncThread implements Runnable {
   private static int count;

   public SyncThread() {
      count = 0;
   }

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

   public synchronized void run() {
      method();
   }
}

  • 其效果和【Demo5】是一样的，synchronized作用于一个类T时，是给这个类T加锁，T的所有对象用的是同一把锁。

  • 调用代码：

SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();

总结：

  • A. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的，则它取得的锁是对象；
    如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象同一把锁。
  • B. 每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
  • C. 实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。

注意：

当一个线程进入一个对象的一个synchronized方法后，其它线程是否可进入此对象的其它方法?
1、一个线程在访问一个对象的同步方法时，另一个线程可以同时访问这个对象的非同步方法。
2、一个线程在访问一个对象的同步方法时，另一个线程不能同时访问这个同步方法。
3、一个线程在访问一个对象的同步方法时，另一个线程不能同时访问这个对象的另一个同步方法。
在java中每个类对应一把锁，每个对象对应一把锁。
分几种情况：
1.其他方法前是否加了synchronized关键字，如果没加，则能。
2.如果这个方法内部调用了wait，则可以进入其他synchronized方法。
3.如果其他个方法都加了synchronized关键字，并且内部没有调用wait，则不能。
4.如果其他方法是static，它用的同步锁是当前类的字节码，与非静态的方法不能同步，因为非静态的方法用的是this。（线程1调用非静态的synchronized方法，线程2调用静态的synchronized方法，两者互不影响。 注：如果线程1和2，同为非静态或静态，则必须等一个线程执行完，再执行下一个。）

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