java多线程详解(3)-线程的互斥与同步

前言：前一篇文章主要描述了多线程中访成员变量与局部变量问题，我们知道访成员变量有线程安全问题，在多线程程序中

我们可以通过使用synchronized关键字完成线程的同步，能够解决部分线程安全问题

在java中synchronized同步关键字可以使用在静态方法和实例方法中使用，两者的区别在于：

对象锁与类锁
对象锁
当一个对象中有synchronized method或synchronized block的时候调用此对象的同步方法或进入其同步区域时，就必须先获得对象锁。

如果此对象的对象锁已被其他调用者占用，则需要等待此锁被释放

类锁
由上述同步静态方法引申出一个概念，那就是类锁。其实系统中并不存在什么类锁。当一个同步静态方法被调用时，系统获取的其实就是代表该类的类对象的对象锁
在程序中获取类锁
可以尝试用以下方式获取类锁
synchronized (xxx.class) {...}
synchronized (Class.forName("xxx")) {...}
同时获取2类锁
同时获取类锁和对象锁是允许的，并不会产生任何问题，但使用类锁时一定要注意，一旦产生类锁的嵌套获取的话，就会产生死锁，因为每个class在内存中都只能生成一个Class实例对象。

同步静态方法/静态变量互斥体
由于一个class不论被实例化多少次，其中的静态方法和静态变量在内存中都只由一份。所以，一旦一个静态的方法被申明为synchronized。此类所有的实例化对象在调用此方法，共用同一把锁，我们称之为类锁。一旦一个静态变量被作为synchronized block的mutex。进入此同步区域时，都要先获得此静态变量的对象锁

代码

/**
 * 同步代码块与同步实例方法的互斥
 * 
 * @author cary
 */
public class TestSynchronized {
    /**
     * 同步代码块
     */
    public void testBlock() {
        synchronized (this) {
            int i = 5;
            while (i-- > 0) {
                System.out
                        .println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException ie) {
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 非同步普通方法
     */
    public void testNormal() {
        int i = 5;
        while (i-- > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    /**
     * 同步实例方法
     */
    public synchronized void testMethod() {
        int i = 5;
        while (i-- > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    /**
     * 主方法分别调用三个方法
     * 
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        final TestSynchronized test = new TestSynchronized();
        Thread test1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                test.testBlock();
            }
        }, "testBlock");
        Thread test2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                test.testMethod();
            }
        }, "testMethod");
        test1.start();
        ;
        test2.start();
        test.testNormal();
    }
}

执行结果

testBlock : 4
main : 4
testBlock : 3
main : 3
testBlock : 2
main : 2
testBlock : 1
main : 1
testBlock : 0
main : 0
testMethod : 4
testMethod : 3
testMethod : 2
testMethod : 1
testMethod : 0

上述的代码，第一个方法时用了同步代码块的方式进行同步，传入的对象实例是this，表明是当前对象，

当然，如果需要同步其他对象实例，也不可传入其他对象的实例；第二个方法是修饰方法的方式进行同步。

因为第一个同步代码块传入的this，所以两个同步代码所需要获得的对象锁都是同一个对象锁，

下面main方法时分别开启两个线程，分别调用testBlock()和testMethod()方法，那么两个线程都需要获得该对象锁，

另一个线程必须等待。上面也给出了运行的结果可以看到：直到testBlock()线程执行完毕，释放掉锁testMethod线程才开始执行

(两个线程没有穿插执行，证明是互斥的）

对于普通方法

结果输出是交替着进行输出的，这是因为，某个线程得到了对象锁，但是另一个线程还是可以访问没有进行同步的方法或者代码。

进行了同步的方法（加锁方法）和没有进行同步的方法（普通方法）是互不影响的，一个线程进入了同步方法，得到了对象锁，

其他线程还是可以访问那些没有同步的方法（普通方法）

结论：synchronized只是一个内置锁的加锁机制，当某个方法加上synchronized关键字后，就表明要获得该内置锁才能执行，

并不能阻止其他线程访问不需要获得该内置锁的方法

类锁的修饰（静态）方法和代码块：

/**
 * 
 * 类锁与静态方法锁
 * 
 * @author cary
 */
public class TestSynchronized2 {
    /**
     * 类锁
     */
    public void testClassLock() {
        synchronized (TestSynchronized2.class) {
            int i = 5;
            while (i-- > 0) {
                System.out
                        .println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException ie) {
                }
            }
        }
    }

    public static synchronized void testStaticLock() {
        int i = 5;
        while (i-- > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    /**
     * 普通方法
     */
    public void testNormal() {
        int i = 5;
        while (i-- > 0) {
            System.out.println("normal-" + Thread.currentThread().getName()
                    + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    /**
     * 静态方法
     */
    public void testStaticNormal() {
        int i = 5;
        while (i-- > 0) {
            System.out.println("static-" + Thread.currentThread().getName()
                    + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    /**
     * 测试synchronized锁的互斥效果
     * 
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        final TestSynchronized2 test = new TestSynchronized2();
        Thread testClass = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                test.testClassLock();
            }
        }, "testClassLock");
        Thread testStatic = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                TestSynchronized2.testStaticLock();
            }
        }, "testStaticLock");
        /**
         * 线程1
         */
        testClass.start();
        /**
         * 线程2
         */
        testStatic.start();
        /**
         * 成员方法
         */
        test.testNormal();
        /**
         * 静态方法
         */
        TestSynchronized2.testStaticLock();

    }
}

执行结果

testClassLock : 4
normal-main : 4
normal-main : 3
testClassLock : 3
normal-main : 2
testClassLock : 2
testClassLock : 1
normal-main : 1
testClassLock : 0
normal-main : 0
testStaticLock : 4
testStaticLock : 3
testStaticLock : 2
testStaticLock : 1
testStaticLock : 0
main : 4
main : 3
main : 2
main : 1
main : 0

类锁和静态方法锁线程是分先后执行的，没有相互交叉，类锁和静态方法锁是互斥的

其实，类锁修饰方法和代码块的效果和对象锁是一样的，因为类锁只是一个抽象出来的概念，

只是为了区别静态方法的特点，因为静态方法是所有对象实例共用的，

所以对应着synchronized修饰的静态方法的锁也是唯一的，所以抽象出来个类锁。

结论：类锁和静态方法锁是互斥的

 锁静态方法和普通方法

/**
 * 锁普通方法和静态方法。
 * 
 * @author cary
 */
public class TestSynchronized3 {
    /**
     * 锁普通方法
     */
    public synchronized void testNormal() {
        int i = 5;
        while (i-- > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    /**
     * 锁静态方法
     */
    public static synchronized void testStatic() {
        int i = 5;
        while (i-- > 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    /**
     * 普通方法和静态方法
     * 
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        final TestSynchronized test = new TestSynchronized();
        Thread test1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                test.testNormal();
            }
        }, "testNormal");
        Thread test2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                TestSynchronized3.testStatic();
            }
        }, "testStatic");
        /**
         * 启动普通方法线程
         */
        test1.start();
        /**
         * 启动静态方法线程
         */
        test2.start();

    }
}

 执行结果

testNormal : 4
testStatic : 4
testNormal : 3
testStatic : 3
testNormal : 2
testStatic : 2
testStatic : 1
testNormal : 1
testNormal : 0
testStatic : 0

上面代码synchronized同时修饰静态方法和实例方法，但是运行结果是交替进行的，

这证明了类锁和对象锁是两个不一样的锁，控制着不同的区域，它们是互不干扰的。

同样，线程获得对象锁的同时，也可以获得该类锁，即同时获得两个锁，这是允许的。

到这里，对synchronized的用法已经有了一定的了解。这时有一个疑问，既然有了synchronized修饰方法的同步方式，

为什么还需要synchronized修饰同步代码块的方式呢？而这个问题也是synchronized的缺陷所在

synchronized的缺陷：当某个线程进入同步方法获得对象锁，那么其他线程访问这里对象的同步方法时，

必须等待或者阻塞，这对高并发的系统是致命的，这很容易导致系统的崩溃。如果某个线程在同步方法里面发生了死循环，

那么它就永远不会释放这个对象锁，那么其他线程就要永远的等待。这是一个致命的问题。