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  • Java并发编程synchronized

    多线程的同步机制对资源进行加锁,使得在同一个时间,只有一个线程可以进行操作,同步用以解决多个线程同时访问时可能出现的问题。
    同步机制可以使用synchronized关键字实现。
    synchronized关键字修饰一个方法的时候,该方法叫做同步方法。
    synchronized方法执行完或发生异常时,会自动释放锁。
    synchronized可以用来修饰普通方法(等同于synchronized(this)),静态方法(等同于synchronized(AA.class))以及同步块(synchronized(object))。
    下面通过一个例子来对synchronized关键字的用法进行解析。
    1. 是否使用synchronized关键字的不同

    public class ThreadTest
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            Example example = new Example();
            Thread t1 = new Thread1(example);
            Thread t2 = new Thread1(example);
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    class Example
    {
        public synchronized void execute()
        {
            for (int i = 0; i < 10; ++i)
            {
                try
                {
                    Thread.sleep(500);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Hello: " + i);
            }
        }
    }
    class Thread1 extends Thread
    {
        private Example example;
        public Thread1(Example example)
        {
            this.example = example;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            example.execute();
        }
    }
    

    是否在execute()方法前加上synchronized关键字,这个例子程序的执行结果会有很大的不同。
    如果不加synchronized关键字,则两个线程同时执行execute()方法,输出是两组并发的。
    如果加上synchronized关键字,则会先输出一组0到9,然后再输出下一组,说明两个线程是顺次执行的。
    2. 多个方法的多线程情况
    将程序改动一下,Example类中再加入一个方法execute2()。
    之后再写一个线程类Thread2,Thread2中的run()方法执行的是execute2()。Example类中的两个方法都是被synchronized关键字修饰的。

    public class ThreadTest
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            Example example = new Example();
            Thread t1 = new Thread1(example);
            Thread t2 = new Thread2(example);
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    class Example
    {
        public synchronized void execute()
        {
            for (int i = 0; i < 20; ++i)
            {
                try
                {
                    Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Hello: " + i);
            }
        }
        public synchronized void execute2()
        {
            for (int i = 0; i < 20; ++i)
            {
                try
                {
                    Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("World: " + i);
            }
        }
    }
    class Thread1 extends Thread
    {
        private Example example;
        public Thread1(Example example)
        {
            this.example = example;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            example.execute();
        }
    }
    class Thread2 extends Thread
    {
        private Example example;
        public Thread2(Example example)
        {
            this.example = example;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            example.execute2();
        }
    }
    

    如果去掉synchronized关键字,则两个方法并发执行,并没有相互影响。
    但是如例子程序中所写,即便是两个方法:
    执行结果永远是执行完一个线程的输出再执行另一个线程的。
    说明:
    如果一个对象有多个synchronized方法,某一时刻某个线程已经进入到了某个synchronized方法,那么在该方法没有执行完毕前,其他线程是无法访问该对象的任何synchronized方法的。
    结论:
    当synchronized关键字修饰一个方法的时候,该方法叫做同步方法。
    Java中的每个对象都有一个锁(lock),或者叫做监视器(monitor),当一个线程访问某个对象的synchronized方法时,将该对象上锁,其他任何线程都无法再去访问该对象的synchronized方法了(这里是指所有的同步方法,而不仅仅是同一个方法),直到之前的那个线程执行方法完毕后(或者是抛出了异常),才将该对象的锁释放掉,其他线程才有可能再去访问该对象的synchronized方法。
    注意这时候是给对象上锁,如果是不同的对象,则各个对象之间没有限制关系。
    尝试在代码中构造第二个线程对象时传入一个新的Example对象,则两个线程的执行之间没有什么制约关系。
    3.考虑静态的同步方法
    当一个synchronized关键字修饰的方法同时又被static修饰,之前说过,非静态的同步方法会将对象上锁,但是静态方法不属于对象,而是属于类,它会将这个方法所在的类的Class对象上锁。
    一个类不管生成多少个对象,它们所对应的是同一个Class对象。

    public class ThreadTest
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            Example example = new Example();
            Thread t1 = new Thread1(example);
            // 此处即便传入不同的对象,静态方法同步仍然不允许多个线程同时执行
            example = new Example();
            Thread t2 = new Thread2(example);
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    class Example
    {
        public synchronized static void execute()
        {
            for (int i = 0; i <20; ++i)
            {
                try
                {
                    Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Hello: " + i);
            }
        }
        public synchronized static void execute2()
        {
            for (int i = 0; i <20; ++i)
            {
                try
                {
                    Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("World: " + i);
            }
        }
    }
    class Thread1 extends Thread
    {
        private Example example;
        public Thread1(Example example)
        {
            this.example = example;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            Example.execute();
        }
    }
    class Thread2 extends Thread
    {
        private Example example;
        public Thread2(Example example)
        {
            this.example = example;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            Example.execute2();
        }
    }
    

    所以如果是静态方法的情况(execute()和execute2()都加上static关键字),即便是向两个线程传入不同的Example对象,这两个线程仍然是互相制约的,必须先执行完一个,再执行下一个。
    结论:
    如果某个synchronized方法是static的,那么当线程访问该方法时,它锁的并不是synchronized方法所在的对象,而是synchronized方法所在的类所对应的Class对象。Java中,无论一个类有多少个对象,这些对象会对应唯一一个Class对象,因此当线程分别访问同一个类的两个对象的两个static,synchronized方法时,它们的执行顺序也是顺序的,也就是说一个线程先去执行方法,执行完毕后另一个线程才开始。
    4. synchronized块
    synchronized块写法:

    synchronized(object)
    {      
    }
    

    表示线程在执行的时候会将object对象上锁。(注意这个对象可以是任意类的对象,也可以使用this关键字)。
    这样就可以自行规定上锁对象。

    public class ThreadTest
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            Example example = new Example();
            Thread t1 = new Thread1(example);
            Thread t2 = new Thread2(example);
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    class Example
    {
        private Object object = new Object();
        public void execute()
        {
            synchronized (object)
            {
                for (int i = 0; i < 20; ++i)
                {
                    try
                    {
                        Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
                    }
                    catch (InterruptedException e)
                    {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("Hello: " + i);
                }
            }
        }
        public void execute2()
        {
            synchronized (object)
            {
                for (int i = 0; i < 20; ++i)
                {
                    try
                    {
                        Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
                    }
                    catch (InterruptedException e)
                    {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("World: " + i);
                }
            }
        }
    }
    class Thread1 extends Thread
    {
        private Example example;
        public Thread1(Example example)
        {
            this.example = example;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            example.execute();
        }
    }
    class Thread2 extends Thread
    {
        private Example example;
        public Thread2(Example example)
        {
            this.example = example;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            example.execute2();
        }
    }
    

    例子程序4所达到的效果和例子程序2的效果一样,都是使得两个线程的执行顺序进行,而不是并发进行,当一个线程执行时,将object对象锁住,另一个线程就不能执行对应的块。
    synchronized方法实际上等同于用一个synchronized块包住方法中的所有语句,然后在synchronized块的括号中传入this关键字。当然,如果是静态方法,需要锁定的则是class对象。
    可能一个方法中只有几行代码会涉及到线程同步问题,所以synchronized块比synchronized方法更加细粒度地控制了多个线程的访问,只有synchronized块中的内容不能同时被多个线程所访问,方法中的其他语句仍然可以同时被多个线程所访问(包括synchronized块之前的和之后的)。
    注意:被synchronized保护的数据应该是私有的。
    结论:
    synchronized方法是一种粗粒度的并发控制,某一时刻,只能有一个线程执行该synchronized方法;
    synchronized块则是一种细粒度的并发控制,只会将块中的代码同步,位于方法内、synchronized块之外的其他代码是可以被多个线程同时访问到的。
    JDK 5.0的并发包
    使用synchronized关键字解决线程的同步问题会带来一些执行效率上的问题。
    JDK1.4及之前是无法避免这些问题的。
    JDK 5.0引入了这样一个包:java.util.concurrent:
    http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/package-frame.html
    专门解决这一问题。

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