java synchronized关键字的用法

0.先导的问题代码

下面的代码演示了一个计数器,两个线程同时对i进行累加的操作,各执行1000000次.我们期望的结果肯定是i=2000000.但是我们多次执行以后,会发现i的值永远小于2000000.这是因为,两个线程同时对i进行写入的时候,其中一个线程的结果会覆盖另外一个.

public class AccountingSync implements Runnable {
  static int i = 0;
  public void increase() {
    i++;
  }
  
  @Override
  public void run() {
    for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
      increase();
    }
  }
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    AccountingSync accountingSync = new AccountingSync();
  
    Thread t1 = new Thread(accountingSync);
    Thread t2 = new Thread(accountingSync);
  
    t1.start();
    t2.start();
  
    t1.join();
    t2.join();
  
    System.out.println(i);
  }
}

要从根本上解决这个问题,我们必须保证多个线程在对i进行操作的时候,要完全的同步.也就是说到A线程对i进行写入的时候,B线程不仅不可以写入,连读取都不可以.

1.synchronized关键字的作用

关键字synchronized的作用其实就是实现线程间的同步.它的工作就是对同步的代码进行加锁,使得每一次,只能有一个线程进入同步块,从而保证线程间的安全性.就像上面的代码中,i++的操作只能同时又一个线程在执行.

2.synchronized关键字的用法

指定对象加锁:对给定的对象进行加锁,进入同步代码块要获得给定对象的锁

直接作用于实例方法:相当于对当前实例加锁,进入同步代码块要获得当前实例的锁(这要求创建Thread的时候,要用同一个Runnable的实例才可以)

直接作用于静态方法:相当于给当前类加锁,进入同步代码块前要获得当前类的锁

2.1指定对象加锁

下面的代码,将synchronized作用于一个给定的对象.这里有一个注意的,给定对象一定要是static的,否则我们每次new一个线程出来,彼此并不共享该对象,加锁的意义也就不存在了.

public class AccountingSync implements Runnable {
  final static Object OBJECT = new Object();
  
  static int i = 0;
  public void increase() {
    i++;
  }
  
  @Override
  public void run() {
    for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
      synchronized (OBJECT) {
        increase();
      }
    }
  }
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(new AccountingSync());
    Thread t2 = new Thread(new AccountingSync());
  
    t1.start();
    t2.start();
  
    t1.join();
    t2.join();
  
    System.out.println(i);
  }
}

2.2直接作用于实例方法

synchronized关键字作用于实例方法,就是说在进入increase()方法之前,线程必须获得当前实例的锁.这就要求我们,在创建Thread实例的时候,要使用同一个Runnable的对象实例.否则,线程的锁都不在同一个实例上面,无从去谈加锁/同步的问题了.

public class AccountingSync implements Runnable {
  static int i = 0;
  public synchronized void increase() {
    i++;
  }
  
  @Override
  public void run() {
    for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
      increase();
    }
  }
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    AccountingSync accountingSync = new AccountingSync();
  
    Thread t1 = new Thread(accountingSync);
    Thread t2 = new Thread(accountingSync);
  
    t1.start();
    t2.start();
  
    t1.join();
    t2.join();
  
    System.out.println(i);
  }
}

请注意main方法的前三行,说明关键字作用于实例方法上的正确用法.

2.3直接作用于静态方法

将synchronized关键字作用在static方法上,就不用像上面的例子中,两个线程要指向同一个Runnable方法.因为方法块需要请求的是当前类的锁,而不是当前实例,线程间还是可以正确同步的.

public class AccountingSync implements Runnable {
  static int i = 0;
  public static synchronized void increase() {
    i++;
  }
  
  @Override
  public void run() {
    for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
      increase();
    }
  }
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(new AccountingSync());
    Thread t2 = new Thread(new AccountingSync());
  
    t1.start();
    t2.start();
  
    t1.join();
    t2.join();
  
    System.out.println(i);
  }
}

3.错误的加锁

从上面的例子里,我们知道,如果我们需要一个计数器应用,为了保证数据的正确性,我们自然会需要对计数器加锁,因此,我们可能会写出下面的代码:

public class BadLockOnInteger implements Runnable {
  static Integer i = 0;
  @Override
  public void run() {
    for (int j = 0; j < 1000000; j++) {
      synchronized (i) {
        i++;
      }
    }
  }
  
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BadLockOnInteger badLockOnInteger = new BadLockOnInteger();
  
    Thread t1 = new Thread(badLockOnInteger);
    Thread t2 = new Thread(badLockOnInteger);
  
    t1.start();
    t2.start();
  
    t1.join();
    t2.join();
  
    System.out.println(i);
  }
}

当我们运行上面代码的时候,会发现输出的i很小.这说明线程并没有安全.

要解释这个问题,要从Integer说起:在Java中,Integer属于不变对象,和String一样,对象一旦被创建,就不能被修改了.如果你有一个Integer=1,那么它就永远都是1.如果你想让这个对象=2呢?只能重新创建一个Integer.每次i++之后,相当于调用了Integer的valueOf方法,我们看一下Integer的valueOf方法的源码:

public static Integer valueOf(int i) {
  if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
    return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
  return new Integer(i);
}

Integer.valueOf()实际上是一个工厂方法,他会倾向于返回一个新的Integer对象,并把值重新复制给i;

所以,我们就知道问题所在的原因,由于在多个线程之间,由于i++之后,i都指向了一个新的对象,所以线程每次加锁可能都加载了不同的对象实例上面.解决方法很简单,使用上面的3种synchronize的方法之一就可以解决了.

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