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Java多線程系列---“基礎篇”04之 synchronized關鍵字

www. 時間 pub syn pre 現在 執行流程 什麽 你是

轉自:https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3479202.html (含部分修改)

概要

本章,會對synchronized關鍵字進行介紹。涉及到的內容包括:

  • synchronized原理
  • synchronized基本規則
  • synchronized方法 和 synchronized代碼塊
  • 實例鎖 和 全局鎖

一. synchronized原理

在java中,每一個對象有且僅有一個同步鎖。這也意味著,同步鎖是依賴於對象而存在。
當我們調用某對象的synchronized方法時,就獲取了該對象的同步鎖。例如,synchronized(obj)就獲取了“obj這個對象”的同步鎖。


不同線程對同步鎖的訪問是互斥的。也就是說,某時間點,對象的同步鎖只能被一個線程獲取到!通過同步鎖,我們就能在多線程中,實現對“對象/方法”的互斥訪問。 例如,現在有兩個線程A和線程B,它們都會訪問“對象obj的同步鎖”。假設,在某一時刻,線程A獲取到“obj的同步鎖”並在執行一些操作;而此時,線程B也企圖獲取“obj的同步鎖” —— 線程B會獲取失敗,它必須等待,直到線程A釋放了“該對象的同步鎖”之後線程B才能獲取到“obj的同步鎖”從而才可以運行。

二. synchronized基本規則

我們將synchronized的基本規則總結為下面3條,並通過實例對它們進行說明。

  • 第一條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時,其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問
    將被阻塞。
  • 第二條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時,其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊
  • 第三條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時,其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。

1. 第一條

當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時,其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。

class MyRunable implements Runnable {
    
    @Override
    public void run() {
        synchronized(this) { //mynote:這個鎖實際上就是MyRunnable對象本身
            try {  
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);  
                }
            } catch (InterruptedException ie) {  
            }
        }  
    }
}

public class Demo1_1 {

    public static void main(String[] args) {  
        Runnable demo = new MyRunable();     // 新建“Runnable對象”

        Thread t1 = new Thread(demo, "t1");  // 新建“線程t1”, t1是基於demo這個Runnable對象
        Thread t2 = new Thread(demo, "t2");  // 新建“線程t2”, t2是基於demo這個Runnable對象
        t1.start();                          // 啟動“線程t1”
        t2.start();                          // 啟動“線程t2” 
    } 
}

//MYnote:因為t1和t2啟動的時候都會用到demo這個共同的對象,而這個對象又加了鎖,因此它們的run方法是互斥的。

運行結果:(其中的一種,因為究竟是t1先執行完,還是t2先執行完,是不確定的)

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t1 loop 0
t1 loop 1
t1 loop 2
t1 loop 3
t1 loop 4
t2 loop 0
t2 loop 1
t2 loop 2
t2 loop 3
t2 loop 4

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結果說明
run()方法中存在“synchronized(this)代碼塊”,而且t1和t2都是基於"demo這個Runnable對象"創建的線程。這就意味著,我們可以將synchronized(this)中的this看作是“demo這個Runnable對象”;因此,線程t1和t2共享“demo對象的同步鎖”。所以,當一個線程運行的時候,另外一個線程必須等待“運行線程”釋放“demo的同步鎖”之後才能運行。

如果你確認,你搞清楚這個問題了。那我們將上面的代碼進行修改,然後再運行看看結果怎麽樣,看看你是否會迷糊。修改後的源碼如下:

class MyThread extends Thread {
    
    public MyThread(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized(this) {
            try {  
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms  (如果不加sleep,就會看到非常明顯得t1和t2搶著先後順序打印)
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);  
                }
            } catch (InterruptedException ie) {  
            }
        }  
    }
}

public class Demo1_2 {

    public static void main(String[] args) {  
        Thread t1 = new MyThread("t1");  // 新建“線程t1”
        Thread t2 = new MyThread("t2");  // 新建“線程t2”
        t1.start();                          // 啟動“線程t1”
        t2.start();                          // 啟動“線程t2” 
    } 
}

代碼說明
比較Demo1_2 和 Demo1_1,我們發現,Demo1_2中的MyThread類是直接繼承於Thread,而且t1和t2都是MyThread子線程。
幸運的是,在“Demo1_2的run()方法”也調用了synchronized(this),正如“Demo1_1的run()方法”也調用了synchronized(this)一樣!
那麽,Demo1_2的執行流程是不是和Demo1_1一樣呢?
運行結果:

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t1 loop 0
t2 loop 0
t1 loop 1
t2 loop 1
t1 loop 2
t2 loop 2
t1 loop 3
t2 loop 3
t1 loop 4
t2 loop 4
(mynote:假設沒有加入休眠,就會出現兩個線程競爭打印輸出,無序,交叉執行。這個例子是兩個對象,說明this代表了兩種不同的鎖,因此不會出現阻塞,交叉這執行run)
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結果說明
如果這個結果一點也不令你感到驚訝,那麽我相信你對synchronized和this的認識已經比較深刻了。否則的話,請繼續閱讀這裏的分析。
synchronized(this)中的this是指“當前的類對象”,即synchronized(this)所在的類對應的當前對象。它的作用是獲取“當前對象的同步鎖”。
對於Demo1_2中,synchronized(this)中的this代表的是MyThread對象,而t1和t2是兩個不同的MyThread對象,因此t1和t2在執行synchronized(this)時,獲取的是不同對象的同步鎖。對於Demo1_1對而言,synchronized(this)中的this代表的是MyRunable對象;t1和t2共同一個MyRunable對象,因此,一個線程獲取了對象的同步鎖,會造成另外一個線程等待。

2. 第二條

當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時,其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。

class Count {

    // 含有synchronized同步塊的方法
    public void synMethod() {
        synchronized(this) {
            try {  
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);  
                }
            } catch (InterruptedException ie) {  
            }
        }  
    }

    // 非同步的方法
    public void nonSynMethod() {
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);  
            }
        } catch (InterruptedException ie) {  
        }
    }
}

public class Demo2 {

    public static void main(String[] args) {  
        final Count count = new Count();
        // 新建t1, t1會調用“count對象”的synMethod()方法
        Thread t1 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        count.synMethod();
                    }
                }, "t1");

        // 新建t2, t2會調用“count對象”的nonSynMethod()方法
        Thread t2 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        count.nonSynMethod();
                    }
                }, "t2");  


        t1.start();  // 啟動t1
        t2.start();  // 啟動t2
    } 
}

運行結果

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t1 synMethod loop 0
t2 nonSynMethod loop 0
t1 synMethod loop 1
t2 nonSynMethod loop 1
t1 synMethod loop 2
t2 nonSynMethod loop 2
t1 synMethod loop 3
t2 nonSynMethod loop 3
t1 synMethod loop 4
t2 nonSynMethod loop 4
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結果說明
主線程中新建了兩個子線程t1和t2。t1會調用count對象的synMethod()方法,該方法內含有同步塊;而t2則會調用count對象的nonSynMethod()方法,該方法不是同步方法。t1運行時,雖然調用synchronized(this)獲取“count的同步鎖”;但是並沒有造成t2的阻塞,因為t2沒有用到“count”同步鎖。

3. 第三條

當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時,其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
我們將上面的例子中的nonSynMethod()方法體的也用synchronized(this)修飾。修改後的源碼如下:

class Count {

    // 含有synchronized同步塊的方法
    public void synMethod() {
        synchronized(this) {
            try {  
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);  
                }
            } catch (InterruptedException ie) {  
            }
        }  
    }

    // 也包含synchronized同步塊的方法
    public void nonSynMethod() {
        synchronized(this) {
            try {  
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);  
                }
            } catch (InterruptedException ie) {  
            }
        }
    }
}

public class Demo3 {

    public static void main(String[] args) {  
        final Count count = new Count();
        // 新建t1, t1會調用“count對象”的synMethod()方法
        Thread t1 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        count.synMethod();
                    }
                }, "t1");

        // 新建t2, t2會調用“count對象”的nonSynMethod()方法
        Thread t2 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        count.nonSynMethod();
                    }
                }, "t2");  


        t1.start();  // 啟動t1
        t2.start();  // 啟動t2
    } 
}

運行結果

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t1 synMethod loop 0
t1 synMethod loop 1
t1 synMethod loop 2
t1 synMethod loop 3
t1 synMethod loop 4
t2 nonSynMethod loop 0
t2 nonSynMethod loop 1
t2 nonSynMethod loop 2
t2 nonSynMethod loop 3
t2 nonSynMethod loop 4
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結果說明
主線程中新建了兩個子線程t1和t2。t1和t2運行時都調用synchronized(this),這個this是Count對象(count),而t1和t2共用count。因此,在t1運行時,t2會被阻塞,等待t1運行釋放“count對象的同步鎖”,t2才能運行。

三. synchronized方法 和 synchronized代碼塊

“synchronized方法”是用synchronized修飾方法,而 “synchronized代碼塊”則是用synchronized修飾代碼塊。

synchronized方法示例

public synchronized void foo1() {
    System.out.println("synchronized methoed");
}

synchronized代碼塊

public void foo2() {
    synchronized (this) {
        System.out.println("synchronized methoed");
    }
}

synchronized代碼塊中的this是指當前對象。也可以將this替換成其他對象,例如將this替換成obj,則foo2()在執行synchronized(obj)時就獲取的是obj的同步鎖。


synchronized代碼塊可以更精確的控制沖突限制訪問區域,有時候表現更高效率。下面通過一個示例來演示:

// Demo4.java的源碼
public class Demo4 {

    public synchronized void synMethod() {
        for(int i=0; i<1000000; i++)
            ;
    }

    public void synBlock() {
        synchronized( this ) {
            for(int i=0; i<1000000; i++)
                ;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo4 demo = new Demo4();

        long start, diff;
        start = System.currentTimeMillis();                // 獲取當前時間(millis)
        demo.synMethod();                                // 調用“synchronized方法”
        diff = System.currentTimeMillis() - start;        // 獲取“時間差值”
        System.out.println("synMethod() : "+ diff);
        
        start = System.currentTimeMillis();                // 獲取當前時間(millis)
        demo.synBlock();                                // 調用“synchronized方法塊”
        diff = System.currentTimeMillis() - start;        // 獲取“時間差值”
        System.out.println("synBlock()  : "+ diff);
    }
}

(某一次)執行結果

synMethod() : 11
synBlock() : 3

synchronized同步方法和同步代碼塊的區別

同步方法默認使用this或者當前類做為鎖。

同步代碼塊可以選擇以什麽來加鎖,比同步方法更精確,我們可以選擇只有會在同步發生同步問題的代碼加鎖,而並不是整個方法。

同步方法使用synchronized修飾,而同步代碼塊使用synchronized(this){}修飾。

四. 實例鎖 和 全局鎖

實例鎖 -- 鎖在某一個實例對象上。如果該類是單例,那麽該鎖也具有全局鎖的概念。
實例鎖對應的就是synchronized關鍵字。
全局鎖 -- 該鎖針對的是類,無論實例多少個對象,那麽線程都共享該鎖。
全局鎖對應的就是static synchronized(或者是鎖在該類的class或者classloader對象上)。

關於“實例鎖”和“全局鎖”有一個很形象的例子:

pulbic class Something {
    public synchronized void isSyncA(){}
    public synchronized void isSyncB(){}
    public static synchronized void cSyncA(){}
    public static synchronized void cSyncB(){}
}

假設,Something有兩個實例x和y。分析下面4組表達式獲取的鎖的情況。
(01) x.isSyncA()與x.isSyncB()
(02) x.isSyncA()與y.isSyncA()
(03) x.cSyncA()與y.cSyncB()
(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA()

(01) 不能被同時訪問。因為isSyncA()和isSyncB()都是訪問同一個對象(對象x)的同步鎖!

// LockTest1.java的源碼
class Something {
    public synchronized void isSyncA(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public synchronized void isSyncB(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
}

public class LockTest1 {

    Something x = new Something();
    Something y = new Something();

    // 比較(01) x.isSyncA()與x.isSyncB() 
    private void test1() {
        // 新建t11, t11會調用 x.isSyncA()
        Thread t11 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.isSyncA();
                    }
                }, "t11");

        // 新建t12, t12會調用 x.isSyncB()
        Thread t12 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.isSyncB();
                    }
                }, "t12");  


        t11.start();  // 啟動t11
        t12.start();  // 啟動t12
    }

    public static void main(String[] args) {
        LockTest1 demo = new LockTest1();
        demo.test1();
    }
}

運行結果

技術分享圖片
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
技術分享圖片

(02) 可以同時被訪問。因為訪問的不是同一個對象的同步鎖,x.isSyncA()訪問的是x的同步鎖,而y.isSyncA()訪問的是y的同步鎖。

// LockTest2.java的源碼
class Something {
    public synchronized void isSyncA(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public synchronized void isSyncB(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public static synchronized void cSyncA(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
            } 
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public static synchronized void cSyncB(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
            } 
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
}

public class LockTest2 {

    Something x = new Something();
    Something y = new Something();

    // 比較(02) x.isSyncA()與y.isSyncA()
    private void test2() {
        // 新建t21, t21會調用 x.isSyncA()
        Thread t21 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.isSyncA();
                    }
                }, "t21");

        // 新建t22, t22會調用 x.isSyncB()
        Thread t22 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        y.isSyncA();
                    }
                }, "t22");  


        t21.start();  // 啟動t21
        t22.start();  // 啟動t22
    }

    public static void main(String[] args) {
        LockTest2 demo = new LockTest2();

        demo.test2();
    }
}

運行結果

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t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
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(03) 不能被同時訪問。因為cSyncA()和cSyncB()都是static類型,x.cSyncA()相當於Something.isSyncA(),y.cSyncB()相當於Something.isSyncB(),因此它們共用一個同步鎖,不能被同時反問。

// LockTest3.java的源碼
class Something {
    public synchronized void isSyncA(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public synchronized void isSyncB(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public static synchronized void cSyncA(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
            } 
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public static synchronized void cSyncB(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
            } 
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
}

public class LockTest3 {

    Something x = new Something();
    Something y = new Something();

    // 比較(03) x.cSyncA()與y.cSyncB()
    private void test3() {
        // 新建t31, t31會調用 x.isSyncA()
        Thread t31 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.cSyncA();
                    }
                }, "t31");

        // 新建t32, t32會調用 x.isSyncB()
        Thread t32 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        y.cSyncB();
                    }
                }, "t32");  


        t31.start();  // 啟動t31
        t32.start();  // 啟動t32
    }

    public static void main(String[] args) {
        LockTest3 demo = new LockTest3();

        demo.test3();
    }
}

運行結果

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t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
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(04) 可以被同時訪問。因為isSyncA()是實例方法,x.isSyncA()使用的是對象x的鎖;而cSyncA()是靜態方法,Something.cSyncA()可以理解對使用的是“類的鎖”。因此,它們是可以被同時訪問的。

// LockTest4.java的源碼
class Something {
    public synchronized void isSyncA(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public synchronized void isSyncB(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public static synchronized void cSyncA(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
            } 
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
    public static synchronized void cSyncB(){
        try {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
            } 
        }catch (InterruptedException ie) {  
        }  
    }
}

public class LockTest4 {

    Something x = new Something();
    Something y = new Something();

    // 比較(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA()
    private void test4() {
        // 新建t41, t41會調用 x.isSyncA()
        Thread t41 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.isSyncA();
                    }
                }, "t41");

        // 新建t42, t42會調用 x.isSyncB()
        Thread t42 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        Something.cSyncA();
                    }
                }, "t42");  


        t41.start();  // 啟動t41
        t42.start();  // 啟動t42
    }

    public static void main(String[] args) {
        LockTest4 demo = new LockTest4();

        demo.test4();
    }
}

運行結果

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t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
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Java多線程系列---“基礎篇”04之 synchronized關鍵字