【JavaEE初阶】 synchronized关键字详解

本文重点：

• synchronized 的特性
• synchronized 使用示例
• ava 标准库中的线程安全类

synchronized 的特性

互斥

synchronized 会起到互斥效果, 某个线程执行到某个对象的 synchronized 中时, 其他线程如果也执行到
同一个对象 synchronized 就会阻塞等待.

• 进入 synchronized 修饰的代码块, 相当于 加锁

• 退出 synchronized 修饰的代码块, 相当于 解锁
  
  synchronized用的锁是存在Java对象头里的。

可以粗略理解成, 每个对象在内存中存储的时候, 都存有一块内存表示当前的 “锁定” 状态(类似于厕所的 “有人/无人”).

• 如果当前是 “无人” 状态, 那么就可以使用, 使用时需要设为 “有人” 状态.

• 如果当前是 “有人” 状态, 那么其他人无法使用, 只能排队

后面排队的人我们可以称为“阻塞等待”

阻塞等待：针对每一把锁, 操作系统内部都维护了一个等待队列. 当这个锁被某个线程占有的时候, 其他线程尝试进行加锁, 就加不上了, 就会阻塞等待, 一直等到之前的线程解锁之后, 由操作系统唤醒一个新的线程, 再来获取到这个锁.

注意:

• 上一个线程解锁之后, 下一个线程并不是立即就能获取到锁. 而是要靠操作系统来 “唤醒”. 这也就是操作系统线程调度的一部分工作.
• 假设有 A B C 三个线程, 线程 A 先获取到锁, 然后 B 尝试获取锁, 然后 C 再尝试获取锁, 此时 B和 C 都在阻塞队列中排队等待.但是当 A 释放锁之后, 虽然 B 比 C 先来的, 但是 B 不一定就能获取到锁, 而是和 C 重新竞争, 并不遵守先来后到的规则

补充：synchronized的底层是使用操作系统的mutex lock实现的

可重入

synchronized 同步块对同一条线程来说是可重入的，不会出现自己把自己锁死的问题

那么什么是可重入？怎么自己把自己锁死呢？

理解 “把自己锁死”：

一个线程没有释放锁, 然后又尝试再次加锁

• 按照之前对于锁的设定, 第二次加锁的时候, 就会阻塞等待.

• 直到第一次的锁被释放, 才能获取到第二个锁.

• 但是释放第一个锁也是由该线程来完成, 结果这个线程已经躺平了, 啥都不想干了, 也就无法进行解锁操作.

• 这时候就会死锁

举个例子：

一个滑稽老铁去上厕所，反锁厕所们后，然后不小心一个闪现出来了，还失忆了，这时候厕所没人，但是处于锁的状态，后面等待的人无法进入

这样的锁称为不可重入锁

Java 中的== synchronized 是可重入锁==, 因此没有上面的问题

代码示例

public class Counter {
	public int count = 0;
	synchronized void increase() {
		count++;
	}
	synchronized void increase2() {
		increase();
	}
}

在上面的代码中,

• increase 和 increase2 两个方法都加了 synchronized, 此处的 synchronized 都是针对== this 当前对象==加锁的.

• 在调用 increase2 的时候, 先加了一次锁, 执行到 increase 的时候, 又加了一次锁. (上个锁还没释放, 相当于连续加两次锁)

• 这个代码是完全没问题的.

因为 synchronized 是可重入锁

在可重入锁的内部, 包含了 “线程持有者” 和 “计数器” 两个信息.

• 如果某个线程加锁的时候, 发现锁已经被人占用, 但是恰好占用的正是自己, 那么仍然可以继续获取到锁, 并让计数器自增.

• 解锁的时候计数器递减为 0 的时候, 才真正释放锁. (才能被别的线程获取到）

synchronized 的使用

synchronized 本质上要修改指定对象的 “对象头”. 从使用角度来看, synchronized 也势必要搭配一个具
体的对象来使用

synchronized的使用方法可以分为以下三种：

直接修饰普通方法

锁是当前实例对象 ，进入同步代码前要获得当前实例的锁

锁的 SynchronizedDemo对象

public class SynchronizedDemo {
	public synchronized void methond() {
	}
}

使用举例：

多个线程访问同一个对象的同一个方法

public class synchronizedTest implements Runnable {
    //共享资源
    static int i =0;
    /**
     * synchronized 修饰实例方法
     */
    public synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run(){
        for (int j =0 ; j<10000;j++){
            increase();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        synchronizedTest test = new synchronizedTest();
        Thread t1 = new Thread(test);
        Thread t2 = new Thread(test);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

运行结果如下：

分析：当两个线程同时对一个对象的一个方法进行操作，只有一个线程能够抢到锁。因为一个对象只有一把锁，一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，就不能访问该对象的其他synchronized实例方法，需要等到对象被释放后才能获取，但是在对象没有被释放前，其他线程可以访问非synchronized修饰的方法

修饰静态方法

锁是当前类的class对象 ，进入同步代码前要获得当前类对象的锁

锁的 SynchronizedDemo 类的对象

public class SynchronizedDemo {
	public synchronized static void method() {
	
		}
}

使用举例：

public class synchronizedTest3 implements Runnable {
    //共享资源
    static int i = 0;

    /**
     * synchronized 修饰静态方法
     */
    public static synchronized void increase() {
        i++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 10000; j++) {
            increase();
        }
    }
}


public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new synchronizedTest3());
        Thread t2 = new Thread(new synchronizedTest3());
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(synchronizedTest3.i);
    }
}

结果如下：

分析：由例子可知，两个线程实例化两个不同的对象，但是访问的方法是静态的，两个线程发生了互斥（即一个线程访问，另一个线程只能等着），因为静态方法是依附于类而不是对象的，当synchronized修饰静态方法时，锁是class对象

修饰代码块

同步方法块，锁是括号里面的对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁

• 锁当前对象

public class SynchronizedDemo {
	public void method() {
		synchronized (this) {
		
		}
	}
}

• 锁类对象

public class SynchronizedDemo {
	public void method() {
		synchronized (SynchronizedDemo.class) {
		
		}
	}
}

synchronized 的使用总结：

我们重点要理解，synchronized 锁的是什么. 两个线程竞争同一把锁, 才会产生阻塞等待

两个线程分别尝试获取两把不同的锁, 不会产生竞争.

Java 标准库中的线程安全类

Java 标准库中很多都是线程不安全的. 这些类可能会涉及到多线程修改共享数据, 又没有任何加锁措施.

• ArrayList

• LinkedList

• HashMap

• TreeMap

• HashSet

• TreeSet

• StringBuilde

但是还有一些是线程安全的. 使用了一些锁机制来控制

• Vector (不推荐使用)

• HashTable (不推荐使用)

• ConcurrentHashMap

• StringBuffer

不推荐使用的原因是：当你使用这些类时，每一次都会伴随加锁操作，如果该操作不需要加锁，则就会造成时间浪费。

注意：String还有的虽然没有加锁, 但是不涉及 “修改”, 仍然是线程安全的

⭕总结

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