浅显易懂的Sysnchronizd用法

程序员文章站 2022-05-14 08:24:26

《编程思想之多线程与多进程(1)——以操作系统的角度述说线程与进程》一文详细讲述了线程、进程的关系及在操作系统中的表现，这是多线程学习必须了解的基础。本文将接着讲一下Java线程同步中的一个重要的概念synchronized. synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象 ......

《》一文详细讲述了线程、进程的关系及在操作系统中的表现，这是多线程学习必须了解的基础。本文将接着讲一下java线程同步中的一个重要的概念synchronized.

synchronized是java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：
1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；
4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

修饰一个代码块

一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞。我们看下面一个例子：

【demo1】：synchronized的用法

 1 /** * 同步线程 */
 2 
 3 class syncthread implements runnable {
 4 
 5    private static int count;
 6 
 7  
 8 
 9    public syncthread() {
10 
11       count = 0;
12 
13    }
14 
15  
16 
17    public  void run() {
18 
19       synchronized(this) {
20 
21          for (int i = 0; i < 5; i++) {
22 
23             try {
24 
25                system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":" + (count++));
26 
27                thread.sleep(100);
28 
29             } catch (interruptedexception e) {
30 
31                e.printstacktrace();
32 
33             }
34 
35          }
36 
37       }
38 
39    }
40 
41  
42 
43    public int getcount() {
44 
45       return count;
46 
47    }
48 
49 }
50 
51 syncthread的调用：
52 
53 syncthread syncthread = new syncthread();
54 
55 thread thread1 = new thread(syncthread, "syncthread1");
56 
57 thread thread2 = new thread(syncthread, "syncthread2");
58 
59 thread1.start();
60 
61 thread2.start();

结果如下：

syncthread1:0
syncthread1:1
syncthread1:2
syncthread1:3
syncthread1:4
syncthread2:5
syncthread2:6
syncthread2:7
syncthread2:8
syncthread2:9*

当两个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象(syncthread)中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。thread1和thread2是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。
我们再把syncthread的调用稍微改一下：

thread thread1 = new thread(new syncthread(), "syncthread1");

thread thread2 = new thread(new syncthread(), "syncthread2");

thread1.start();

thread2.start();

结果如下：

syncthread1:0
syncthread2:1
syncthread1:2
syncthread2:3
syncthread1:4
syncthread2:5
syncthread2:6
syncthread1:7
syncthread1:8
syncthread2:9

不是说一个线程执行synchronized代码块时其它的线程受阻塞吗？为什么上面的例子中thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，而上面的代码等同于下面这段代码：

syncthread syncthread1 = new syncthread();

syncthread syncthread2 = new syncthread();

thread thread1 = new thread(syncthread1, "syncthread1");

thread thread2 = new thread(syncthread2, "syncthread2");

thread1.start();

thread2.start();

这时创建了两个syncthread的对象syncthread1和syncthread2，线程thread1执行的是syncthread1对象中的synchronized代码(run)，而线程thread2执行的是syncthread2对象中的synchronized代码(run)；我们知道synchronized锁定的是对象，这时会有两把锁分别锁定syncthread1对象和syncthread2对象，而这两把锁是互不干扰的，不形成互斥，所以两个线程可以同时执行。

2.当一个线程访问对象的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非synchronized(this)同步代码块。
【demo2】：多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

 1 class counter implements runnable{
 2 
 3    private int count;
 4 
 5  
 6 
 7    public counter() {
 8 
 9       count = 0;
10 
11    }
12 
13  
14 
15    public void countadd() {
16 
17       synchronized(this) {
18 
19          for (int i = 0; i < 5; i ++) {
20 
21             try {
22 
23                system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":" + (count++));
24 
25                thread.sleep(100);
26 
27             } catch (interruptedexception e) {
28 
29                e.printstacktrace();
30 
31             }
32 
33          }
34 
35       }
36 
37    }
38 
39  
40 
41    //非synchronized代码块，未对count进行读写操作，所以可以不用synchronized
42 
43    public void printcount() {
44 
45       for (int i = 0; i < 5; i ++) {
46 
47          try {
48 
49             system.out.println(thread.currentthread().getname() + " count:" + count);
50 
51             thread.sleep(100);
52 
53          } catch (interruptedexception e) {
54 
55             e.printstacktrace();
56 
57          }
58 
59       }
60 
61    }
62 
63  
64 
65    public void run() {
66 
67       string threadname = thread.currentthread().getname();
68 
69       if (threadname.equals("a")) {
70 
71          countadd();
72 
73       } else if (threadname.equals("b")) {
74 
75          printcount();
76 
77       }
78 
79    }
80 
81 }

调用代码:

counter counter = new counter();

thread thread1 = new thread(counter, "a");

thread thread2 = new thread(counter, "b");

thread1.start();

thread2.start();

结果如下：

a:0
b count:1
a:1
b count:2
a:2
b count:3
a:3
b count:4
a:4
b count:5

上面代码中countadd是一个synchronized的，printcount是非synchronized的。从上面的结果中可以看出一个线程访问一个对象的synchronized代码块时，别的线程可以访问该对象的非synchronized代码块而不受阻塞。

指定要给某个对象加锁

【demo3】:指定要给某个对象加锁

 1 /** * 银行账户类 */
 2 
 3 class account {
 4 
 5    string name;
 6 
 7    float amount;
 8 
 9  
10 
11    public account(string name, float amount) {
12 
13       this.name = name;
14 
15       this.amount = amount;
16 
17    }
18 
19    //存钱
20 
21    public  void deposit(float amt) {
22 
23       amount += amt;
24 
25       try {
26 
27          thread.sleep(100);
28 
29       } catch (interruptedexception e) {
30 
31          e.printstacktrace();
32 
33       }
34 
35    }
36 
37    //取钱
38 
39    public  void withdraw(float amt) {
40 
41       amount -= amt;
42 
43       try {
44 
45          thread.sleep(100);
46 
47       } catch (interruptedexception e) {
48 
49          e.printstacktrace();
50 
51       }
52 
53    }
54 
55  
56 
57    public float getbalance() {
58 
59       return amount;
60 
61    }
62 
63 }
64 
65  
66 
67 /** * 账户操作类 */
68 
69 class accountoperator implements runnable{
70 
71    private account account;
72 
73    public accountoperator(account account) {
74 
75       this.account = account;
76 
77    }
78 
79  
80 
81    public void run() {
82 
83       synchronized (account) {
84 
85          account.deposit(500);
86 
87          account.withdraw(500);
88 
89          system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":" + account.getbalance());
90 
91       }
92 
93    }
94 
95 }

调用代码:

account account = new account("zhang san", 10000.0f);

accountoperator accountoperator = new accountoperator(account);

final int thread_num = 5;

thread threads[] = new thread[thread_num];

for (int i = 0; i < thread_num; i ++) {

threads[i] = new thread(accountoperator, "thread" + i);

threads[i].start();

}

结果如下：

thread3:10000.0
thread2:10000.0
thread1:10000.0
thread4:10000.0
thread0:10000.0

在accountoperator 类中的run方法里，我们用synchronized 给account对象加了锁。这时，当一个线程访问account对象时，其他试图访问account对象的线程将会阻塞，直到该线程访问account对象结束。也就是说谁拿到那个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
当有一个明确的对象作为锁时，就可以用类似下面这样的方式写程序。

public void method3(someobject obj)

{

//obj 锁定的对象

synchronized(obj)

{

// todo

}

当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，可以创建一个特殊的对象来充当锁：

class test implements runnable {

private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance变量

public void method()

{

synchronized(lock) {

// todo 同步代码块

}

public void run() {

}

说明：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码：生成零长度的byte[]对象只需3条操作码，而object lock = new object()则需要7行操作码。

修饰一个方法

synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method(){//todo}; synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似，只是作用范围不一样，修饰代码块是大括号括起来的范围，而修饰方法范围是整个函数。如将【demo1】中的run方法改成如下的方式，实现的效果一样。

*【demo4】：synchronized修饰一个方法

public synchronized void run() {

   for (int i = 0; i < 5; i ++) {

      try {

         system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":" + (count++));

         thread.sleep(100);

      } catch (interruptedexception e) {

         e.printstacktrace();

      }

   }

}

synchronized作用于整个方法的写法。
写法一：

public synchronized void method() { // todo }

写法二：

public void method() { synchronized(this) { // todo } }

写法一修饰的是一个方法，写法二修饰的是一个代码块，但写法一与写法二是等价的，都是锁定了整个方法时的内容。

在用synchronized修饰方法时要注意以下几点：
1. synchronized关键字不能继承。
虽然可以使用synchronized来定义方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：
在子类方法中加上synchronized关键字

class parent {

   public synchronized void method() { }

}

class child extends parent {

   public synchronized void method() { }

}

在子类方法中调用父类的同步方法

class parent {

   public synchronized void method() {   }

}

class child extends parent {

   public void method() { super.method();   }

}

在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。

修饰一个静态的方法

synchronized也可修饰一个静态方法，用法如下：

public synchronized static void method() { // todo }

我们知道静态方法是属于类的而不属于对象的。同样的，synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。我们对demo1进行一些修改如下：

【demo5】：synchronized修饰静态方法

/** * 同步线程 */

class syncthread implements runnable {

   private static int count;

 

   public syncthread() {

      count = 0;

   }

 

   public synchronized static void method() {

      for (int i = 0; i < 5; i ++) {

         try {

            system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":" + (count++));

            thread.sleep(100);

         } catch (interruptedexception e) {

            e.printstacktrace();

         }

      }

   }

 

   public synchronized void run() {

      method();

   }

}

调用代码:

syncthread syncthread1 = new syncthread();

syncthread syncthread2 = new syncthread();

thread thread1 = new thread(syncthread1, "syncthread1");

thread thread2 = new thread(syncthread2, "syncthread2");

thread1.start();

thread2.start();

结果如下：

syncthread1:0
syncthread1:1
syncthread1:2
syncthread1:3
syncthread1:4
syncthread2:5
syncthread2:6
syncthread2:7
syncthread2:8
syncthread2:9

syncthread1和syncthread2是syncthread的两个对象，但在thread1和thread2并发执行时却保持了线程同步。这是因为run中调用了静态方法method，而静态方法是属于类的，所以syncthread1和syncthread2相当于用了同一把锁。这与demo1是不同的。

修饰一个类

synchronized还可作用于一个类，用法如下：

class classname {

public void method() {

synchronized(classname.class) {

// todo

}

我们把demo5再作一些修改。
【demo6】:修饰一个类

/** * 同步线程 */

class syncthread implements runnable {

   private static int count;

 

   public syncthread() {

      count = 0;

   }

 

   public static void method() {

      synchronized(syncthread.class) {

         for (int i = 0; i < 5; i ++) {

            try {

               system.out.println(thread.currentthread().getname() + ":" + (count++));

               thread.sleep(100);

            } catch (interruptedexception e) {

               e.printstacktrace();

            }

         }

      }

   }

 

   public synchronized void run() {

      method();

   }

}

其效果和【demo5】是一样的，synchronized作用于一个类t时，是给这个类t加锁，t的所有对象用的是同一把锁。

总结：

a. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的，则它取得的锁是对象；如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象同一把锁。
b. 每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
c. 实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。

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