Java基础笔记 – 线程同步问题 解决同步问题的方法 synchronized方法 同步代码块

1、多线程的同步：

1.1、同步机制：

在多线程中，可能有多个线程试图访问一个有限的资源，必须预防这种情况的发生。所以引入了同步机制：在线程使用一个资源时为其加锁，这样其他的线程便不能访问那个资源了，直到解锁后才可以访问。

1.2、共享成员变量的例子：

成员变量与局部变量：

成员变量：

如果一个变量是成员变量，那么多个线程对同一个对象的成员变量进行操作，这多个线程是共享一个成员变量的。

局部变量：

如果一个变量是局部变量，那么多个线程对同一个对象进行操作，每个线程都会有一个该局部变量的拷贝。他们之间的局部变量互不影响。

下面举例说明：

实现了Runnable的线程类：

class MyThread3 implements Runnable{

    //两个线程操作同一个对象，共享成员变量
    //int i;
    @Override
    public void run() {
        //两个线程操作同一个对象，各自保存局部变量的拷贝
        int i = 0;
        while(i<100){
            System.out.println(i);
            i++;
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

在main方法中用两个线程操作同一个对象：

public static void main(String[] args) {

    MyThread3 myThread = new MyThread3();
    //下面两个线程对同一个对象(Runnable的实现类对象)进行操作
    Thread thread = new Thread(myThread);
    Thread thread2 = new Thread(myThread);
    //各自保存局部变量的拷贝，互不影响，输出200个数字
    thread.start();
    thread2.start();
}

这里如果把i变成成员变量，则输出100个数字。

1.3、共享资源导致的读取错误

下面举个例子，两个线程共用一个Number对象，通过Number类的getNumber方法获取数据，读取数据并改写时，发现了重复读操作：

首先创建一个Number类：

class Number{
    private int number = 10;
    public String getNumber(int i){
        if(number > 0){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            number -= i;
            return "取出"+i+"成功，剩余数量："+number;
        }
        return "取出"+i+"失败，剩余数量："+number;
    }
}

线程类，在线程类中的私有属性包含了Number类的引用：

class MyThread4 extends Thread{

    //两个线程操作同一个对象，共享成员变量
    Number number;
    public MyThread4(Number number){
        this.number = number;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(number.getNumber(8));
    }
}

在main函数中创建两个线程类，包含了同一个Number类实例的引用：

public static void main(String[] args) {

    Number number = new Number();
    //两个线程操作同一个对象，共享对象number的成员变量number
    MyThread4 myThread = new MyThread4(number);
    MyThread4 myThread2 = new MyThread4(number);
    myThread.start();
    myThread2.start();
}

这样，当第一个线程读取Number中的number变量时先保存下来再休眠0.1秒，然后第二个线程再读取number变量并保存，此时两个线程保存了同样的数字，在修改时，也就导致修改了同一个数字两次。

2、同步机制的实现：

2.1、使用synchronized关键字创建synchronized方法：

使用synchronized关键字，该关键字修饰的方法叫做同步方法。

Java中每个对象都有一个锁或者称为监视器，当访问某个对象的synchronized方法时，表示将该对象上锁，而不仅仅是为该方法上锁。

这样如果一个对象的synchronized方法被某个线程执行时，其他线程无法访问该对象的任何synchronized方法（但是可以调用其他非synchronized的方法）。直至该synchronized方法执行完。

静态的synchronized方法调用情况：

当调用一个对象的静态synchronized方法时，它锁定的并不是synchronized方法所在的对象，而是synchronized方法所在对象对应的Class对象。这样，其他线程就不能调用该类的其他静态synchronized方法了，但是可以调用非静态的synchronized方法。

结论：执行静态synchronized方法锁方法所在对象，执行非静态synchronized方法锁方法所在对象对应的Class对象。

下面是多线程调用静态的方法的例子，由于锁定了方法所在对象对应的Class对象，其他线程无法调用该方法所在对象其他的静态synchronized方法：

/**
 * 定义一个类，包含了线程类需要调用的方法
 */
class Compute1{
    //这时如果某个线程调用该方法，
    //将锁定synchronized方法所在对象对应的class对象，
    //而不是锁定synchronized方法所在对象
    public synchronized static void execute(){
        for(int i = 0; i<100; i++){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("compute1:execute1 " + i++);
        }
    }
    public synchronized static void execute2(){
        for(int i = 0; i<100; i++){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("compute1:execute2 " + i++);
        }
    }
}

main方法中两个线程分别调用同一个对象的两个static synchronized方法：

public static void main(String[] args) {
    Compute1 com = new Compute1();
    Thread thread1 = new Thread1(com);
    Thread thread2 = new Thread2(com);
    thread1.start();
    thread2.start();
}

一次只能调用一个静态方法，直到执行完成。

2.2、使用synchronized创建同步代码块：

通过使用synchronized同步代码块，锁定一个对象，该对象作为可执行的标志从而达到同步的效果：

/**
 * 定义一个类，包含了线程类需要调用的方法
 */
class Compute1{
    //通过同步代码块锁定object1对象进行锁定了其他同样的synchronized代码块
    private Object object1 = new Object();
    public void execute(){
        synchronized(object1){
            for(int i = 0; i<100; i++){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("compute1:execute1 " + i++);
            }
        }

    }
    public synchronized void execute2(){
        synchronized(object1){
            for(int i = 0; i<100; i++){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("compute1:execute2 " + i++);
            }
        }
    }
}

如果想要使用synchronized同步代码块达到和使用synchronized方法同样的效果，可以锁定this引用：

synchronized(this){
    …
}

2.3、synchronized方法和synchronized同步代码块的区别：

synchronized同步代码块只是锁定了该代码块，代码块外面的代码还是可以被访问的。

synchronized方法是粗粒度的并发控制，某一个时刻只能有一个线程执行该synchronized方法。

synchronized同步代码块是细粒度的并发控制，只会将块中的代码同步，代码块之外的代码可以被其他线程同时访问。