Java 多线程同步 synchronized

多线程的同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候,可能导致的问题

多线程的问题,又叫Concurrency 问题

步骤 1 : 演示同步问题

假设盖伦有10000滴血,并且在基地里,同时又被对方多个英雄攻击

就是有多个线程在减少盖伦的hp

同时又有多个线程在恢复盖伦的hp

假设线程的数量是一样的,并且每次改变的值都是1,那么所有线程结束后,盖伦应该还是10000滴血。

但是。。。

注意: 不是每一次运行都会看到错误的数据产生,多运行几次,或者增加运行的次数

package charactor;

public class Hero{
public String name;
public float hp; public int damage; //回血
public void recover(){
hp=hp+1;
} //掉血
public void hurt(){
hp=hp-1;
} public void attackHero(Hero h) {
h.hp-=damage;
System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
if(h.isDead())
System.out.println(h.name +"死了!");
} public boolean isDead() {
return 0>=hp?true:false;
} }

.

package multiplethread;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {

        final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000; System.out.printf("盖伦的初始血量是 %.0f%n", gareen.hp); //多线程同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候,导致的问题 //假设盖伦有10000滴血,并且在基地里,同时又被对方多个英雄攻击 //用JAVA代码来表示,就是有多个线程在减少盖伦的hp
//同时又有多个线程在恢复盖伦的hp //n个线程增加盖伦的hp int n = 10000; Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n]; for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
gareen.recover();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t; } //n个线程减少盖伦的hp
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
gareen.hurt();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
} //等待所有增加线程结束
for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
//等待所有减少线程结束
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
} //代码执行到这里,所有增加和减少线程都结束了 //增加和减少线程的数量是一样的,每次都增加,减少1.
//那么所有线程都结束后,盖伦的hp应该还是初始值 //但是事实上观察到的是: System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量变成了 %.0f%n", n,n,gareen.hp); } }

步骤 2 : 分析同步问题产生的原因

  1. 假设增加线程先进入,得到的hp是10000
  2. 进行增加运算
  3. 正在做增加运算的时候,还没有来得及修改hp的值,减少线程来了
  4. 减少线程得到的hp的值也是10000
  5. 减少线程进行减少运算
  6. 增加线程运算结束,得到值10001,并把这个值赋予hp
  7. 减少线程也运算结束,得到值9999,并把这个值赋予hp

    hp,最后的值就是9999

    虽然经历了两个线程各自增减了一次,本来期望还是原值10000,但是却得到了一个9999

    这个时候的值9999是一个错误的值,在业务上又叫做脏数据



步骤 3 : 解决思路

总体解决思路是: 在增加线程访问hp期间,其他线程不可以访问hp

  1. 增加线程获取到hp的值,并进行运算
  2. 在运算期间,减少线程试图来获取hp的值,但是不被允许
  3. 增加线程运算结束,并成功修改hp的值为10001
  4. 减少线程,在增加线程做完后,才能访问hp的值,即10001
  5. 减少线程运算,并得到新的值10000



步骤 4 : synchronized 同步对象概念

解决上述问题之前,先理解

synchronized关键字的意义

如下代码:

Object someObject =new Object();
synchronized (someObject){
//此处的代码只有占有了someObject后才可以执行
}

synchronized表示当前线程,独占 对象 someObject

当前线程独占 了对象someObject,如果有其他线程试图占有对象someObject,就会等待,直到当前线程释放对someObject的占用。

someObject 又叫同步对象,所有的对象,都可以作为同步对象

为了达到同步的效果,必须使用同一个同步对象

释放同步对象的方式: synchronized 块自然结束,或者有异常抛出

package multiplethread;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date; public class TestThread { public static String now(){
return new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date());
} public static void main(String[] args) {
final Object someObject = new Object(); Thread t1 = new Thread(){
public void run(){
try {
System.out.println( now()+" t1 线程已经运行");
System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象:someObject");
synchronized (someObject) { System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象:someObject");
Thread.sleep(5000);
System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象:someObject");
}
System.out.println(now()+" t1 线程结束");
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t1.setName(" t1");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(){ public void run(){
try {
System.out.println( now()+" t2 线程已经运行");
System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象:someObject");
synchronized (someObject) {
System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象:someObject");
Thread.sleep(5000);
System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象:someObject");
}
System.out.println(now()+" t2 线程结束");
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t2.setName(" t2");
t2.start();
} }

步骤 5 : 使用synchronized 解决同步问题

所有需要修改hp的地方,有要建立在占有someObject的基础上

而对象 someObject在同一时间,只能被一个线程占有。 间接地,导致同一时间,hp只能被一个线程修改

package multiplethread;

import java.awt.GradientPaint;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {

        final Object someObject = new Object();

        final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000; int n = 10000; Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n]; for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){ //任何线程要修改hp的值,必须先占用someObject
synchronized (someObject) {
gareen.recover();
} try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t; } for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//任何线程要修改hp的值,必须先占用someObject
synchronized (someObject) {
gareen.hurt();
} try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
} for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
} System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp); } }

步骤 6 : 使用hero对象作为同步对象

既然任意对象都可以用来作为同步对象,而所有的线程访问的都是同一个hero对象,索性就使用gareen来作为同步对象

进一步的,对于Hero的hurt方法,加上:

synchronized (this) {
}

表示当前对象为同步对象,即也是gareen为同步对象

package multiplethread;

import java.awt.GradientPaint;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {

        final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000; int n = 10000; Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n]; for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){ //使用gareen作为synchronized
synchronized (gareen) {
gareen.recover();
} try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t; } for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//使用gareen作为synchronized
//在方法hurt中有synchronized(this)
gareen.hurt(); try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
} for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
} System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp); } }

.

package charactor;

public class Hero{
public String name;
public float hp; public int damage; //回血
public void recover(){
hp=hp+1;
} //掉血
public void hurt(){
//使用this作为同步对象
synchronized (this) {
hp=hp-1;
}
} public void attackHero(Hero h) {
h.hp-=damage;
System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
if(h.isDead())
System.out.println(h.name +"死了!");
} public boolean isDead() {
return 0>=hp?true:false;
} }

步骤 7 : 在方法前,加上修饰符synchronized

在recover前,直接加上synchronized ,其所对应的同步对象,就是this

和hurt方法达到的效果是一样

外部线程访问gareen的方法,就不需要额外使用synchronized 了

package charactor;

public class Hero{
public String name;
public float hp; public int damage; //回血
//直接在方法前加上修饰符synchronized
//其所对应的同步对象,就是this
//和hurt方法达到的效果一样
public synchronized void recover(){
hp=hp+1;
} //掉血
public void hurt(){
//使用this作为同步对象
synchronized (this) {
hp=hp-1;
}
} public void attackHero(Hero h) {
h.hp-=damage;
System.out.format("%s 正在攻击 %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);
if(h.isDead())
System.out.println(h.name +"死了!");
} public boolean isDead() {
return 0>=hp?true:false;
} }

.

package multiplethread;

import java.awt.GradientPaint;

import charactor.Hero;

public class TestThread {

    public static void main(String[] args) {

        final Hero gareen = new Hero();
gareen.name = "盖伦";
gareen.hp = 10000; int n = 10000; Thread[] addThreads = new Thread[n];
Thread[] reduceThreads = new Thread[n]; for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){ //recover自带synchronized
gareen.recover(); try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
addThreads[i] = t; } for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t = new Thread(){
public void run(){
//hurt自带synchronized
gareen.hurt(); try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
};
t.start();
reduceThreads[i] = t;
} for (Thread t : addThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
for (Thread t : reduceThreads) {
try {
t.join();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
} System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp); } }

步骤 8 : 线程安全的类

如果一个类,其方法都是有synchronized修饰的,那么该类就叫做线程安全的类

同一时间,只有一个线程能够进入 这种类的一个实例 的去修改数据,进而保证了这个实例中的数据的安全(不会同时被多线程修改而变成脏数据)

比如StringBuffer和StringBuilder的区别

StringBuffer的方法都是有synchronized修饰的,StringBuffer就叫做线程安全的类

而StringBuilder就不是线程安全的类

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