java

synchronized关键字

1.为什么要使用synchronized？

在并发编程中存在线程安全问题，主要原因有：
1.存在共享数据
2.多线程共同操作共享数据。关键字synchronized可以保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某个方法或某个代码块，同时synchronized可以保证一个线程的变化可见（可见性）

2.synchronized锁什么，加锁的目的是什么？

synchronized锁的是对象，锁的的对象可能是this、临界资源对象、class类对象
加锁的目的是保证操作的原子性

3.代码示例

3.1锁this和临界资源对象

本例中：

  • testSync1是synchronized代码块，锁的是object，临界资源对象
  • testSync2和testSync3都是锁的是当前对象this
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
    32
    33
    34
    35
    36
    37
    38
    39
    40
    41
    42
    43
    44
    45
    46
    47
    48
    49
    50
    51
    52
    53
    54
    55
    56
    57
    /**
     * synchronized关键字
     * 锁对象。synchronized(this)和synchronized方法都是锁当前对象。
     */
    package com.bernardlowe.concurrent.t01;

    import java.util.concurrent.TimeUnit;

    public class Test_01 {
    	private int count = 0;
    	private Object object = new Object();

    	// 1.synchronized代码块，锁的是object，临界资源对象
    	public void testSync1(){
    		synchronized(object){
    			System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
    					+ " count = " + count++);
    		}
    	}

    	// 2.synchronized代码块，锁的是当前对象this
    	public void testSync2(){
    		synchronized(this){
    			System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
    					+ " count = " + count++);
    		}
    	}

    	// 2.synchronized代码，锁的也是this
     	public synchronized void testSync3(){
    		System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
    				+ " count = " + count++);
    		try {
    			TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
    		} catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		final Test_01 t = new Test_01();
    		new Thread(new Runnable() {
    			@Override
    			public void run() {
    				t.testSync3();
    			}
    		}).start();
    		new Thread(new Runnable() {
    			@Override
    			public void run() {
    				t.testSync3();
    			}
    		}).start();
    	}
    	
    }

3.2锁class类对象

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
/**
 * synchronized关键字
 * 同步方法 - static
 * 静态同步方法，锁的是当前类型的类对象。在本代码中就是Test_02.class
 */
package com.bernardlowe.concurrent.t01;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test_02 {
	private static int staticCount = 0;
	
	public static synchronized void testSync4(){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
				+ " staticCount = " + staticCount++);
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	public static void testSync5(){
		synchronized(Test_02.class){
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
					+ " staticCount = " + staticCount++);
		}
	}
	
}

3.3 什么时候锁临界资源，什么时候锁当前对象？

如果在加锁的时候需要对当前对象的访问限定，建议锁临界资源（即锁一个临界资源），如果对当前锁级别比较高的话，就锁当前对象。建议都以同步代码块的方式进行开发，这样可以避免锁的范围太高

同步方法和非同步方法
提问:同步方法是否影响其他线程调用非同步方法，或调用其他锁资源的同步方法？

代码示例
m1是非同步方法，m2是同步方法，m3同步代码块，锁的临界资源，这段代码的目的是为了证明在调用同步方法m1时，m2,m3是否能够执行

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
/**
 * synchronized关键字
 * 同步方法 - 同步方法和非同步方法的调用
 * 同步方法只影响锁定同一个锁对象的同步方法。不影响其他线程调用非同步方法，或调用其他锁资源的同步方法。
 */
package com.bernardlowe.concurrent.t01;

public class Test_04 {
	Object o = new Object();
	public synchronized void m1(){ // 重量级的访问操作。
		System.out.println("public synchronized void m1() start");
		try {
			Thread.sleep(3000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("public synchronized void m1() end");
	}
	
	public void m3(){
		synchronized(o){
			System.out.println("public void m3() start");
			try {
				Thread.sleep(1500);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println("public void m3() end");
		}
	}
	
	public void m2(){
		System.out.println("public void m2() start");
		try {
			Thread.sleep(1500);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("public void m2() end");
	}
	
	public static class MyThread01 implements Runnable{
		public MyThread01(int i, Test_04 t){
			this.i = i;
			this.t = t;
		}
		int i ;
		Test_04 t;
		public void run(){
			if(i == 0){
				t.m1();
			}else if (i > 0){
				t.m2();
			}else {
				t.m3();
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Test_04 t = new Test_04();
		new Thread(new MyThread01(0, t)).start();
		new Thread(new MyThread01(1, t)).start();
		new Thread(new MyThread01(-1, t)).start();
	}
	
}

执行结果

可以看出，在执行同步方法m1时，m2，m3不受影响，依然可以执行
结论：同步方法只影响锁定同一个锁对象的同步方法。不影响其他线程调用非同步方法，或调用其他锁资源的同步方法。
但有一点需要注意，尽量在商业开发中避免同步方法。使用同步代码块。 细粒度解决同步问题。

3.3 重入锁

这里重入锁分为两类：

  • 1.在同步方法里面调用其他同步方法
  • 2.子类同步方法覆盖父类同步方法

下面来看第一种：在同步方法里面调用其他同步方法
思考：调用m1()方法，m2()方法是否会执行？

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
/**
 *synchronized关键字
 *同步方法 - 调用其他同步方法
 */
package com.bernardlowe.concurrent.t01;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test_06 {
	
	synchronized void m1(){ // 锁this
		System.out.println("m1 start");
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		m2();
		System.out.println("m1 end");
	}
	synchronized void m2(){ // 锁this
		System.out.println("m2 start");
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("m2 end");
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		
		new Test_06().m1();
		
	}
	
}


结果：在m1()方法调用时，m2()方法依然可执行。多次调用同步代码，锁定同一个锁对象，是可重入的

第二种情况：子类同步方法覆盖父类同步方法
思考：子类同步方法m()中,调用父类同步方法m()，是否可重入？

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
/**
 * synchronized关键字
 * 同步方法 - 继承
 * 子类同步方法覆盖父类同步方法。可以指定调用父类的同步方法。
 * 相当于锁的重入。
 */
package com.bernardlowe.concurrent.t01;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test_07 {
	
	synchronized void m(){
		System.out.println("Super Class m start");
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("Super Class m end");
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		new Sub_Test_07().m();
	}
	
}

class Sub_Test_07 extends Test_07{
	synchronized void m(){
		System.out.println("Sub Class m start");
		super.m();
		System.out.println("Sub Class m end");
	}
}


结果：子类同步方法m()中,调用了父类同步方法m()，可以重入

3.4 锁与异常

思考：当同步方法或同步代码块中发生异常，是否会影响其他线程的执行？
下面来看一段代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
/**
 * synchronized关键字
 * 同步方法 - 锁与异常
 */
package com.bernardlowe.concurrent.t01;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test_08 {
	int i = 0;
	synchronized void m(){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - start");
		while(true){
			i++;
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);
			try {
				TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			// 当i==5时会抛出异常
			if(i == 5){
				i = 1/0;
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		final Test_08 t = new Test_08();
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				t.m();
			}
		}, "t1").start();
		
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				t.m();
			}
		}, "t2").start();
	}
	
}

这段代码中先运行了两个线程t1、t2，当其中一个线程发生异常时，另外一个线程是否能继续执行

结果：当同步方法中发生异常的时候，自动释放锁资源。不会影响其他线程的执行。

思考： 同步业务逻辑中，如果发生异常如何处理？
比如上面会发生异常的代码中，可以这样

1
2
3
4
5
6
7
if(i == 5){
	try {
		i = 1/0;
	} catch (Exception e) {
		i = 0;
	}
}

3.5 锁对象变更问题

代码示例：8
思考：当一个线程执行同步方法时，另一个线程修改了锁对象，是否还能执行同步代码块

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
/**
 * synchronized关键字
 * 锁对象变更问题
 */
package com.bernardlowe.concurrent.t01;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test_13 {
	Object o = new Object();
	
	void m(){
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start");
		synchronized (o) {
			while(true){
				try {
					TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + o);
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		final Test_13 t = new Test_13();
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				t.m();
			}
		}, "thread1").start();
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				t.m();
			}
		}, "thread2");
		t.o = new Object();
		thread2.start();
	}
	
}


结论：可以看出，其他线程依然可以执行同步方法
因为同步代码一旦加锁后，那么会有一个临时的锁引用执行锁对象，和真实的引用无直接关联。在锁未释放之前，修改锁对象引用，不会影响同步代码的执行。

注意：不要使用静态常量作为锁对象
如下代码,因为String常量池的问题，s1,s1是同一个对象，所以m1,m2方法锁的是也同一个对象，m1同步方法被执行后，m2方法不会被执行

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
/**
 * synchronized关键字
 * 常量问题
 */
package com.bernardlowe.concurrent.t01;

public class Test_14 {
	String s1 = "hello";
	String s2 = "hello";
	// String s2 = new String("hello"); // new关键字，一定是在堆中创建一个新的对象。
	void m1(){
		synchronized (s1) {
			System.out.println("m1()");
			while(true){
				
			}
		}
	}
	
	void m2(){
		synchronized (s2) {
			System.out.println("m2()");
			while(true){
				
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		final Test_14 t = new Test_14();
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				t.m1();
			}
		}).start();
		
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				t.m2();
			}
		}).start();
	}
	
}

更多精彩内容：mrxccc