2.3多线程（java学习笔记）synchronized关键字

一、为什么要用synchronized关键字

首先多线程中多个线程运行面临共享数据同步的问题。

多线程正常使用共享数据时需要经过以下步骤：

1.线程A从共享数据区中复制出数据副本，然后处理。

2.线程A将处理好的数据副本写入共享数据区。

3.线程B从共享数据区中复制出数据副本。

如此循环，直到线程结束。

 假如线程A从共享数据区中复制出数据副本然后处理，在还没有将更新的数据放入主内存时，线程B来到主内存读取了未更新的数据，这样就出问题了。

这就是所谓的脏读，这类问题称为多线程的并发问题。

举个具体的例子：

public class TestThread {
     public static void main(String[] args){
         TestSynchronized s = new TestSynchronized();
         new Thread(s,"t1").start();    //两个线程访问一个对象
         new Thread(s,"t2").start();
     }
}

class TestSynchronized implements Runnable{
    private int ticket = 5;
    
    public void run(){    
            for(int p = 0; p < 10; p++){
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                if(ticket >= 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ticket:" + ticket--);
                }
            }
    }
}

运行结果：
t2 ticket:4
t1 ticket:5
t1 ticket:2
t2 ticket:3
t1 ticket:1
t2 ticket:1
t2 ticket:0

可以看到1号票同时给了t1和t2，当t1读入1执行了ticket--后，数据还没有来得及写入主内存就被t2从主内存中读走了1，就造成了这种现象。

要想避免这种现象就需要使用synchronized关键字，synchronized英译为同步，我们认为暂且把他看做锁定更好理解。

接下来我们看看synchronized如何使用。

二、synchronized的用法

1. synchronized修饰方法（也称同步方法）

(1) java中每个对象都有一个锁（lock）,或者叫做监视器，当前线程访问某个对象中synchronized修饰的方法（同步块）时，线程需要获取到该对象的锁，获取对象锁后才能访问该对象中synchronized方法（同步块），且一个对象中只有一个锁。

(2) 没有获得该对象的锁的其他线程，无法访问该对象中synchronized修饰的方法（同步块）。

(3) 其他线程要想访问该对象中synchronized修饰的方法需要获取该对象的锁。

(4) 对象锁只有将synchronized方法（同步块）中的内容运行完毕或遇到异常才会释放锁。

 例一：

public class TestThread {
     public static void main(String[] args){
         TestSynchronized s = new TestSynchronized();
         new Thread(s,"t1").start();     //两个线程访问一个对象
         new Thread(s,"t2").start();
     }
}

class TestSynchronized implements Runnable{
    private int ticket = 5;
    
    synchronized public void run(){    
            for(int p = 0; p < 10; p++){
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                if(ticket >= 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ticket:" + ticket--);
                }                    
            }
        }
}

运行结果：
t1 ticket:5
t1 ticket:4
t1 ticket:3
t1 ticket:2
t1 ticket:1
t1 ticket:0

我们来分析上面程序，首先线程t1进去run方法获得对象s的锁，然后执行完run方法释放锁，run运行忘了也就没有t2的事了。

因为只有将synchronized修饰的方法执行完才会释放锁，故打印五个t1.。

还有一点，如果一个对象里面有多个synchronized方法，某一时刻只能有一个线程进入其中一个synchronized修饰的方法，则这时其他任何线程无法进入该对象中任何一个synchronized修饰的方法。

补充片段：

public class TestThread {
    public static void main(String[] args){
        Test m1 = new Test();  //两个线程共访问一个对象。

        TestSynchronized_1 s1 = new TestSynchronized_1(m1);
        TestSynchronized_2 s2 = new TestSynchronized_2(m1);
        new Thread(s1,"t1").start();
        new Thread(s2,"t2").start();
    }
}

class Test{
    synchronized public void test1(){
               for(int p = 0; p < 5; p++){
                   System.out.println("s1.run.TestSynchronized_test 1");
               }   
    }
    
    synchronized public void test2(){
        for(int p = 0; p < 5; p++){
            System.out.println("s2.run.TestSynchronized_test 2");
        }   
}
}

class TestSynchronized_1 implements Runnable{
   
   private Test m;
   public TestSynchronized_1(Test m){
      this.m = m;
   }
   
   public void run(){
       m.test1();
   }
}

class TestSynchronized_2 implements Runnable{
       
       private Test m;
       public TestSynchronized_2(Test m){
          this.m = m;
       }
       
       public void run(){
           m.test2();
       }
}

运行结果：
s1.run.TestSynchronized_test 1
s1.run.TestSynchronized_test 1
s1.run.TestSynchronized_test 1
s1.run.TestSynchronized_test 1
s1.run.TestSynchronized_test 1
s2.run.TestSynchronized_test 2
s2.run.TestSynchronized_test 2
s2.run.TestSynchronized_test 2
s2.run.TestSynchronized_test 2
s2.run.TestSynchronized_test 2

当线程t1运行synchronized修饰的test1方法时，线程t2是无法运行test2方法。结合之前说的，一个对象锁只有一把，而这里是两个线程共享对象（m1）,当线程t1获得锁时，线程t2就只能等待。归根结底把握几个要点：

1.锁的唯一性（一个对象只有一把锁，但不同对象就有不同的锁）

2.没锁不能进去入synchronized修饰内容中运行。

3.只有运行完synchronized修饰的内容或遇到异常才释放锁。

我们来看下面这个代码：

例二：

public class TestThread {
     public static void main(String[] args){
         Mouth m1 = new Mouth();  
         Mouth m2 = new Mouth();  
         TestSynchronized s1 = new TestSynchronized(m1);//两个线程访问两个对象。
         TestSynchronized s2 = new TestSynchronized(m2);
         new Thread(s1,"t1").start();  //线程t1
         new Thread(s2,"t2").start();   //线程t2
     }
}

class Mouth{  //资源及方法 
    synchronized public void test(){
        int ticket = 5;
        for(int p = 0; p < 10; p++){
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            if(ticket >= 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ticket:" + ticket--);
            }                    
        }
    }

}

class TestSynchronized implements Runnable{
    private Mouth m = new Mouth();
    
    public TestSynchronized(Mouth m){
        this.m = m;
    }
    
    synchronized public void run(){
        m.test();
    }
}

运行结果：
t1 ticket:5
t2 ticket:5
t2 ticket:4
t1 ticket:4
t1 ticket:3
t2 ticket:3
t2 ticket:2
t1 ticket:2
t1 ticket:1
t2 ticket:1
t2 ticket:0
t1 ticket:0

可以发现好像用synchronized修饰的test方法没有起作用，怎么是t1，t2怎么是交替运行的？

我们回顾下之前说的对象锁，线程获得对象锁后可以访问该对象里面synchronized修饰的方法，其他线程无法访问。

我们上面的代码里面对象有两个，一个是m1、一个是m2。

t1获得了对象m1的锁，然后访问m1中的test方法；t2获得了对象m2的锁，然后访问s2中的test方法。

线程t1和线程t2访问的是不同的资源（m1，m2），并不相互干扰所以没有影响。例一中是因为两个线程访问同一个资源（s1）所以synchronized的起了限制作用。

synchronized修饰方法时只能对多个线程访问同一资源（对象）时起限制作用。

可能大家会说了，那我们有没有办法也限制下这种情况呢，答案当然是可以的。

这就是下面要说的：

2.synchronized修饰静态方法

 当修饰静态方法时锁定的是类，而不是对象，我们先把例二修改下看下结果。

例三：

public class TestThread {
     public static void main(String[] args){
         Mouth m1 = new Mouth();
         Mouth m2 = new Mouth();
         TestSynchronized s1 = new TestSynchronized(m1);
         TestSynchronized s2 = new TestSynchronized(m2); //两个线程访问两个对象
         new Thread(s1,"t1").start();
         new Thread(s2,"t2").start();
     }
}

class Mouth{
    synchronized public static void test(){ //改为静态方法，锁定的是类。
        int ticket = 5;
        for(int p = 0; p < 10; p++){
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
            if(ticket >= 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ticket:" + ticket--);
            }                    
        }
    }

}

class TestSynchronized implements Runnable{
    private Mouth m = new Mouth();
    
    public TestSynchronized(Mouth m){
        this.m = m;
    }
    
    synchronized public void run(){
        m.test();
    }
}

运行结果：
t1 ticket:5
t1 ticket:4
t1 ticket:3
t1 ticket:2
t1 ticket:1
t1 ticket:0
t2 ticket:5
t2 ticket:4
t2 ticket:3
t2 ticket:2
t2 ticket:1
t2 ticket:0

当synchronized修饰静态方法时，线程需要获得类（Mouth）锁才能运行，没有获得类锁的线程无法运行，且获得类锁的线程会将synchronized修饰的静态方法会运行完毕才释放类锁。

例如例三中的代码，t1先获得类（Mouth）锁运行Mouth类中的test方法，而t2没有类（Mouth）锁就无法运行。一个类只有一个类锁，却可以有多个对象（t1，t2等...）都是一个类（Mouth）中的对象，只要一个线程获取了类（Mouth）锁，其他线程就要等到类锁被释放，然后获得类（Mouth）锁之后才能运行类（Mouth）中synchronized修饰的静态方法。所以即使是两个线程（t1，t2）访问两个不同的资源（m1，m2）也会受到限制，因为m1，m2都属于一个类（Mouth），而锁住类（Mouth）后每次只能有一个线程访问该类（Mouth）中的sychronized修饰的静态方法。

当t1访问m1中的test时，首先获得类（Mouth）锁，这时如果t2访问m2中的test方法时也需要获得类锁，可是这时类锁已经被线程t1获得，故t2无法访问m2中的方法。只有等t1运行完方法中的内容或异常释放锁后t2才有机会获得锁，获得锁后才能运行。

而之前例一中t1，t2锁的是对象，需要结合这几段代码理解下。

3.synchronized块（也称同步块）

如果每次都锁定的范围都是一个方法，每次只能有一个线程进去势必会导致效率的低下，这主要是锁定范围过多引起的。

这时可以根据实际情况锁定合适的区域，这就要用到同步块了

synchronized（需要锁住的对象或类）{
       
       锁定的部分,需要锁才能运行。
}

 （）中可以确定锁定的是对象还是类，锁定对象的话可以用this，对类上锁类名加class，例如要锁定Mounth类（Moutn.class）。

我们首先看个没有任何同步的例子：

public class TestThread {
     public static void main(String[] args){
         TestSynchronized s1 = new TestSynchronized();
    
         new Thread(s1,"t1").start();  //两个线程访问一个对象
         new Thread(s1,"t2").start();
     }
}

class TestSynchronized implements Runnable{
    private int ticket = 5;
    
           public void run(){    
            for(int p = 0; p < 10; p++){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                if(ticket >= 0){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ticket:" + ticket--);
                }                    
            }
        }
}

运行结果：
t1 ticket:5
t2 ticket:4
t2 ticket:3
t1 ticket:2
t2 ticket:1
t1 ticket:1
t2 ticket:0
t1 ticket:-1

其中出现了-1，我们在其中一块区域加上同步形成同步块。

public class TestThread {
     public static void main(String[] args){
         TestSynchronized s1 = new TestSynchronized(); //两个线程访问一个对象
    
         new Thread(s1,"t1").start();
         new Thread(s1,"t2").start();
     }
}

class TestSynchronized implements Runnable{
    private int ticket = 5;
    
           public void run(){    
            for(int p = 0; p < 10; p++){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized(this){  //此次加上同步块，这部分内容一次只有一个线程可以进入，其他内容不受约束。
                    if(ticket >= 0){ //这里锁的是对象，这里面的内容需要对象锁才能运行。
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ticket:" + ticket--);
                    }
                }                    
            }
        }
}

运行结果：
t2 ticket:5
t1 ticket:4
t1 ticket:3
t2 ticket:2
t1 ticket:1
t2 ticket:0

一次只能有一个线程进入同步块中，就不会出现线程读了未更新的数据或者多减一次的情况。未加synchronized修饰的其他区域不受影响，故两个线程的顺序不定。

下面我们来看一个同步块锁定类的例子，效果和例三一样，只不过例三使用静态方法锁定了类，而下面这个是使用同步块锁定了类。

public class TestThread {
    public static void main(String[] args){
        TestSynchronized s1 = new TestSynchronized();
        TestSynchronized s2 = new TestSynchronized(); //两个线程访问两个对象
        new Thread(s1,"t1").start();
        new Thread(s2,"t2").start();
    }
}

class TestSynchronized implements Runnable{
   private int ticket = 5;
   
   synchronized public void run(){
       synchronized(TestSynchronized.class){  //将synchronized修饰的静态方法改成了同步块。
            
           for(int p = 0; p < 10; p++){
               try {
                   Thread.sleep(500);
               } catch (InterruptedException e) {
                   // TODO Auto-generated catch block
                   e.printStackTrace();
               }
               if(ticket >= 0){
                   System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ticket:" + ticket--);
               }                    
           }
       }
   }
}

运行结果：
t1 ticket:5
t1 ticket:4
t1 ticket:3
t1 ticket:2
t1 ticket:1
t1 ticket:0
t2 ticket:5
t2 ticket:4
t2 ticket:3
t2 ticket:2
t2 ticket:1
t2 ticket:0

上述代码和例三功能一样，只是锁定方法不同，这里只是做下演示。

synchronized修饰方法是一种粗颗粒的并发控制，某一时刻只有一个线程执行方法内的内容效率较低下。

synchronized同步块是一种细颗粒的并发控制，可以自行根据需求确定区域较为灵活，可以平衡下效率和安全，同时也能因选择区域不恰当而造成问题。

只要不在synchronized方法（同步块）内的其他部分都不受限制。

普通方法锁定的对象，需要获得对象锁

静态方法锁定的是类，需要获得类锁。

同步块可以确定是锁对象(this )还是锁类（xxx.class），同时也可以自行确定区域。