Java并发(十五)----synchronized解决共享的问题

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。

• 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock

• 非阻塞式的解决方案：原子变量

此次介绍使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换

注意

虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

• 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码

• 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点

• synchronized 只能锁对象

1、synchronized

语法

synchronized(对象) // 线程1获得对象后， 线程2不能获得此对象，陷入阻塞(blocked)
{
    临界区
}

解决上述问题（两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？）

static int counter = 0;
static final Object room = new Object();
​
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            synchronized (room) {
                counter++;
            }
        }
    }, "t1");
​
    Thread t2 = new Thread(() -> {
        for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            synchronized (room) {
                counter--;
            }
        }
    }, "t2");
​
    t1.start();
    t2.start();
    t1.join();
    t2.join();
    log.debug("{}",counter);
}

输出，可以尝试运行多次，结果都是0。

2、分析

如下图所示

你可以做这样的类比：

• synchronized(对象) 中的对象，可以想象为一个房间（room），有唯一入口（门）房间只能一次进入一人进行计算，线程 t1，t2 想象成两个人

• 当线程 t1 执行到 synchronized(room) 时就好比 t1 进入了这个房间，并锁住了门拿走了钥匙，在门内执行 count++ 代码

• 这时候如果 t2 也运行到了 synchronized(room) 时，它发现门被锁住了，只能在门外等待，发生了上下文切换，阻塞住了

• 这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，t2 线程还在阻塞状态进不来，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入

• 当 t1 执行完 synchronized{} 块内的代码，这时候才会从 obj 房间出来并解开门上的锁，唤醒 t2 线程把钥匙给他。t2 线程这时才可以进入 obj 房间，锁住了门拿上钥匙，执行它的 count-- 代码

用图来表示

3、思考

synchronized 实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，临界区内的代码对外是不可分割的，不会被线程切换所打断。

为了加深理解，请思考下面的问题

• 如果把 synchronized(obj) 放在 for 循环的外面，如何理解？-- 原子性，意味者锁住了整个循环。

• 如果 t1 synchronized(obj1) 而 t2 synchronized(obj2) 会怎样运作？-- 锁对象，要保护共享资源，必须对同一个对象进行加锁

• 如果 t1 synchronized(obj) 而 t2 没有加会怎么样？如何理解？-- 锁对象，t2没有锁，就不会被阻塞，就会正常执行。要保护共享资源，所有线程都必须要枷锁。

4、面向对象改进

把需要保护的共享变量放入一个类

class Room {
    int value = 0;
​
    public void increment() {
        synchronized (this) {
            value++;
        }
    }
​
    public void decrement() {
        synchronized (this) {  // 保护自己的对象
            value--;
        }
    }
​
    public int get() {
        synchronized (this) {
            return value;
        }
    }
}
​
@Slf4j
public class Test1 {
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Room room = new Room();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int j = 0; j < 5000; j++) {
                room.increment();
            }
        }, "t1");
​
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int j = 0; j < 5000; j++) {
                room.decrement();
            }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
​
        t1.join();
        t2.join();
        log.debug("count: {}" , room.get());
    }
}

5、方法上的 synchronized

加在成员方法上

class Test{
    public synchronized void test() {

    }
}
等价于
class Test{
    public void test() {
        synchronized(this) {

        }
    }
}

加在静态方法上

class Test{
    public synchronized static void test() {
​
    }
}
等价于
class Test{
    public static void test() {
        synchronized(Test.class) {  // 锁住类对象

        }
    }
}

不加 synchronzied 的方法就好比不遵守规则的人，不去老实排队（好比翻窗户进去的）