java多线程3：synchronized
线程安全
多个线程共同访问一个对象的实例变量，那么就可能出现线程不安全的问题。
先看一段代码示例，定义一个对象 MyDomain1
public class MyDomain1 {
private int num = 0;
public void addI(String username) {
try {
if (username.equals("a")) {
num = 100;
System.out.println("a set over!");
Thread.sleep(2000);
} else {
num = 200;
System.out.println("b set over!");
}
System.out.println(username + " num=" + num);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
写两个线程分别去add字符串"a"和字符串"b"
public class Mythread1_1 extends Thread {
private MyDomain1 numRef;
public Mythread1_1(MyDomain1 numRef) {
super();
this.numRef = numRef;
}
@Override
public void run() {
super.run();
numRef.addI("a");
}
}
@Test
public void test() throws InterruptedException {
MyDomain1 mythread1 = new MyDomain1();
Mythread1_1 athread = new Mythread1_1(mythread1);
athread.start(); Mythread1_2 bthread = new Mythread1_2(mythread1);
bthread.start(); athread.join();
bthread.join();
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
执行结果：
a set over!
b set over!
b num=200
a num=200
main
按照正常来看应该打印"a num = 100"和"b num = 200"才对，现在却打印了"b num = 200"和"a num = 200"，这就是线程安全问题。
当我们给 MyDomain1的 addI方法加上同步 synchronized 后，
执行结果为：
a set over!
a num=100
b set over!
b num=200
main
多个线程实例，访问同一个共享实例变量，非线程安全问题：多个线程对同一个对象中的同一个实例变量操作时 ，Mythread1 方法用synchronized修饰 可以解决线程非安全问题。
多个对象多个锁
@Test
public void test1() throws InterruptedException {
MyDomain1 mythread1 = new MyDomain1();
Mythread1_1 athread = new Mythread1_1(mythread1);
athread.start();
MyDomain1 mythread2 = new MyDomain1();
Mythread1_2 bthread = new Mythread1_2(mythread2);
bthread.start(); athread.join();
bthread.join();
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
运行结果：
a set over!
b set over!
b num=200
a num=100
main
第6行，我们再定义一个新对象，当同时执行 athread 和 bthread的时候，打印的顺序是交叉的。
关键字synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码或方法（函数）当作锁，
所以在上面的示例中，哪个线程先执行带synchronized关键字的方法，哪个线程就持有该方法所属对象的锁Lock，
那么其他线程只能呈等待状态，前提是多个线程访问的是同一个对象。但如果多个线程访问多个对象，则JVM会创建多个锁。
上面的示例就是创建了2个MyDomain1.java类的对象，所以就会产生出2个锁，因此两个线程之间不会受到对方加锁的约束。
synchronized方法与锁对象
在一个实体类， 定义一个同步方法和一个非同步方法:
public class MyDomain2 {
synchronized public void methodA() {
try {
System.out.println("begin methodA threadName=" + Thread.currentThread().getName()+ " begin time="
+ System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(5000);
System.out.println("end endTime=" + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 也加上synchronized修饰
public void methodB() {
try {
System.out.println("begin methodB threadName=" + Thread.currentThread().getName() + " begin time="
+ System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(5000);
System.out.println("end endTime=" + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
然后定义两个线程类，一个调用同步方法，一个调用非同步方法
public class Mythread2_1 extends Thread {
private MyDomain2 object;
public Mythread2_1(MyDomain2 object) {
this.object = object;
}
@Override
public void run() {
object.methodA();
}
}
public class Mythread2_2 extends Thread {
private MyDomain2 object;
public Mythread2_2(MyDomain2 object) {
this.object = object;
}
@Override
public void run() {
object.methodB();
}
}
@Test
public void test2() throws InterruptedException {
MyDomain2 object = new MyDomain2();
Mythread2_1 a = new Mythread2_1(object);
a.setName("A");
Mythread2_2 b = new Mythread2_2(object);
b.setName("B"); a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
}
运行结果：
begin methodA threadName=A begin time=1639384569539
begin methodB threadName=B begin time=1639384569560
end endTime=1639384574541
end endTime=1639384574564
可以看到methodA和methodB基本同时执行，当我们把methodB也加上 synchronized 修饰后：
begin methodA threadName=A begin time=1639384695430
end endTime=1639384700433
begin methodB threadName=B begin time=1639384700433
end endTime=1639384705437
可以看出methodA执行完之后，methodB方法才开始执行。
因此我们可以得出结论：
1、A线程持有Object对象的Lock锁，B线程可以以异步方式调用Object对象中的非synchronized类型的方法
2、A线程持有Object对象的Lock锁，B线程如果在这时调用Object对象中的synchronized类型的方法则需要等待，也就是同步
锁重入
关键字synchronized拥有锁重入的功能，也就是在使用synchronized时，当一个线程得到一个对象锁后，再次请求此对象锁时是可以再次得到该对象的锁的。
这也证明在一个synchronized方法/块的内部调用本类的其他synchronized方法/块时，是永远可以得到锁的。
定义三个同步方法，它们之间顺序调用：
public class MyDomain3 {
synchronized public void service1() {
System.out.println("service1");
service2();
}
synchronized public void service2() {
System.out.println("service2");
service3();
}
synchronized public void service3() {
System.out.println("service3");
}
}
public class Mythread3 extends Thread {
public void run() {
MyDomain3 service = new MyDomain3();
service.service1();
}
}
@Test
public void test3() throws InterruptedException {
Mythread3 t = new Mythread3();
t.start(); t.join();
}
执行结果：
service1
service2
service3
“可重入锁”的概念是：自己可以再次获取自己的内部锁。
比如有1条线程获得了某个对象的锁，此时这个对象锁还没有释放，当其再次想要获取这个对象的锁的时候还是可以获取的，如果不可锁重入的话，就会造成死锁。
定义子父类：
public class MyDomain3_1_Father {
public int i = 10;
synchronized public void operateIMainMethod() {
try {
i--;
System.out.println("main print i=" + i);
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
public class MyDomain3_1_Son extends MyDomain3_1_Father {
synchronized public void operateISubMethod() {
try {
while (i > 0) {
i--;
System.out.println("sub print i=" + i);
Thread.sleep(100);
this.operateIMainMethod();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
线程类执行子类方法
public class Mythread3_1 extends Thread {
@Override
public void run() {
MyDomain3_1_Son sub = new MyDomain3_1_Son();
sub.operateISubMethod();
}
}
@Test
public void test3() throws InterruptedException {
// 子类完全可以通过可重入锁调用父类的同步方法
Mythread3_1 t = new Mythread3_1();
t.start(); t.join();
}
执行结果：
sub print i=9
main print i=8
sub print i=7
main print i=6
sub print i=5
main print i=4
sub print i=3
main print i=2
sub print i=1
main print i=0
当存在父子类继承关系时，子类是完全可以通过“可重入锁”调用父类的同步方法的。
异常自动释放锁
当一个线程执行的代码出现异常时，其所持有的锁会自动释放。
模拟的是把一个long型数作为除数，从MAX_VALUE开始递减，直至减为0，从而产生ArithmeticException。看一下例子：
public class MyDomain4 {
synchronized public void testMethod() {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入synchronized方法");
long l = Integer.MAX_VALUE;
while (true) {
long lo = 2 / l;
l--;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public class Mythread4 extends Thread {
private MyDomain4 service;
public Mythread4(MyDomain4 service) {
this.service = service;
}
public void run() {
service.testMethod();
}
}
@Test
public void test4() throws InterruptedException {
MyDomain4 myDomain4 = new MyDomain4();
Mythread4 a = new Mythread4(myDomain4);
Mythread4 b = new Mythread4(myDomain4);
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
}
执行结果：
Thread-0进入synchronized方法
java.lang.ArithmeticException: / by zero
at multithreading.synchronizedDemo.MyDomain4.testMethod(MyDomain4.java:15)
at multithreading.synchronizedDemo.Mythread4.run(Mythread4.java:17)
Thread-1进入synchronized方法
java.lang.ArithmeticException: / by zero
at multithreading.synchronizedDemo.MyDomain4.testMethod(MyDomain4.java:15)
at multithreading.synchronizedDemo.Mythread4.run(Mythread4.java:17)
加锁方式
synchronized 的不同加锁方式有不同是阻塞效果
1：synchronized (this)
在实体类中定义两个同步方法
public class MyDomain8 {
public void serviceMethodA() {
synchronized (this) {
try {
System.out.println("A begin time = " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(2000);
System.out.println("A end time = " + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public void serviceMethodB() {
synchronized (this) {
System.out.println("B begin time = " + System.currentTimeMillis());
System.out.println("B end time = " + System.currentTimeMillis());
}
}
}
调用同步方法B
public class MyThread8_1 extends Thread {
private MyDomain8 td;
public MyThread8_1(MyDomain8 td) {
this.td = td;
}
public void run() {
td.serviceMethodB();
}
}
调用同步方法A
public class MyThread8_2 extends Thread {
private MyDomain8 td;
public MyThread8_2(MyDomain8 td) {
this.td = td;
}
public void run() {
td.serviceMethodA();
}
}
@Test
public void test8() throws InterruptedException {
MyDomain8 td = new MyDomain8();
MyThread8_1 a = new MyThread8_1(td);
MyThread8_2 b = new MyThread8_2(td);
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
}
执行结果：
B begin time = 1639386305338
B end time = 1639386305338
A begin time = 1639386305339
A end time = 1639386307339
synchronized(this)块 获得的是一个对象锁，换句话说，synchronized块锁定的是整个对象。
2：synchronized 非静态方法
public class MyDomain9 {
public void serviceMethodA() {
synchronized (this) {
try {
System.out.println("A begin time = " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(2000);
System.out.println("A end time = " + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
synchronized public void serviceMethodB() {
System.out.println("B begin time = " + System.currentTimeMillis());
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("B end time = " + System.currentTimeMillis());
}
}
@Test
public void test9() throws InterruptedException {
MyDomain9 td = new MyDomain9();
MyThread9_1 a = new MyThread9_1(td);
MyThread9_2 b = new MyThread9_2(td);
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
}
执行结果：
B begin time = 1639386457971
B end time = 1639386459972
A begin time = 1639386459974
A end time = 1639386461974
结论：（1）对其他synchronized同步方法或synchronized(this)同步代码块呈阻塞状态
（2）同一时间只有一个线程可以执行synchronized同步方法中的代码
3：synchronized(非this非自身其他对象x)
定义一个非自身对象的锁
public class MyDomain10 {
private String anyString = new String();
public void serviceMethodA() {
synchronized (anyString) {
try {
System.out.println("A begin time = " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(2000);
System.out.println("A end time = " + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
synchronized public void serviceMethodB() {
try {
System.out.println("B begin time = " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(2000);
System.out.println("B end time = " + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
@Test
public void test10() throws InterruptedException {
MyDomain10 td = new MyDomain10();
MyThread10_1 a = new MyThread10_1(td);
MyThread10_2 b = new MyThread10_2(td);
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
}
执行结果：
B begin time = 1639387076574
A begin time = 1639387076575
B end time = 1639387078577
A end time = 1639387078578
两个方法几乎同时执行，同时结束，说明 synchronized(非this非自身其他对象x)代码块与synchronized方法呈非阻塞状态。
4：synchronized(非this自身对象x)
定义一个分别需要自身对象的同步方法A和 非静态同步方法B
public class MyDomain11 {
public void serviceMethodA(MyDomain11 anyString) {
synchronized (anyString) {
try {
System.out.println("A begin time = " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(2000);
System.out.println("A end time = " + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
synchronized public void serviceMethodB() {
try {
System.out.println("B begin time = " + System.currentTimeMillis());
Thread.sleep(2000);
System.out.println("B end time = " + System.currentTimeMillis());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Test
public void test11() throws InterruptedException {
MyDomain11 td = new MyDomain11();
MyThread11_1 a = new MyThread11_1(td);
MyThread11_2 b = new MyThread11_2(td);
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();
}
执行结果：
B begin time = 1639387213624
B end time = 1639387215625
A begin time = 1639387215625
A end time = 1639387217628
可见 synchronized(非this自身对象x)代码块与synchronized方法或synchronized(this)都呈阻塞状态，
这两个测试方法，也能证明 synchronized方法与synchronized(this) 持有的都是对象锁。
5：synchronized静态方法
代表的是对当前.java文件对应的Class类加锁
public class MyDomain12 {
public synchronized static void printA() {
try {
System.out.println(
"线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printA()方法");
Thread.sleep(3000);
System.out.println(
"线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printA()方法");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void printB() {
// synchronized静态方法持有的是对当前.java文件对应的Class类加锁
synchronized (MyDomain12.class) {
System.out.println(
"线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printB()方法");
System.out.println(
"线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printB()方法");
}
}
public synchronized void printC() {
System.out.println(
"线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "进入printC()方法");
System.out.println(
"线程名称为：" + Thread.currentThread().getName() + "在" + System.currentTimeMillis() + "离开printC()方法");
}
}
@Test
public void test12() throws InterruptedException {
MyDomain12 md = new MyDomain12();
Mythread12_1 mt1 = new Mythread12_1();
Mythread12_2 mt2 = new Mythread12_2();
Mythread12_3 mt3 = new Mythread12_3(md);
mt1.start();
mt2.start();
mt3.start(); mt1.join();
mt2.join();
mt3.join();
}
执行结果：
线程名称为：Thread-0在1639387516115进入printA()方法
线程名称为：Thread-2在1639387516116进入printC()方法
线程名称为：Thread-2在1639387516116离开printC()方法
线程名称为：Thread-0在1639387519119离开printA()方法
线程名称为：Thread-1在1639387519120进入printB()方法
线程名称为：Thread-1在1639387519120离开printB()方法
结论：synchronized静态方法也是互斥的（printA和printB可以看出）
synchronized静态方法与synchronized方法持有的是不同的锁（printC()方法的调用和对printA()方法、printB()方法的调用时异步的）
synchronized静态方法持有的是对当前.java文件对应的Class类加锁
参考文献
1：《Java并发编程的艺术》
2：《Java多线程编程核心技术》
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