第10章-第2节-Java多线程中的synchronized锁

1、概念：线程安全是并发编程中的重要关注点，应该注意到的是，造成线程安全问题的主要诱因有两点，一是存在共享数据(也称临界资源)，二是存在多条线程共同操作共享数据。因此为了解决这个问题，我们可能需要这样一个方案，当存在多个线程操作共享数据时，需要保证同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据，其他线程必须等到该线程处理完数据后再进行，这种方式有个高尚的名称叫互斥锁/排斥锁，即能达到互斥访问目的的锁，也就是说当一个共享数据被当前正在访问的线程加上互斥锁后，在同一个时刻，其他线程只能处于等待的状态，直到当前线程处理完毕释放该锁。 在 Java 中，关键字 synchronized可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法（普通方法/静态方法）或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代Volatile功能），这点确实也是很重要的。

2、 synchronized的三种用法：

• 修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁 / 给当前的对象加锁！

• 修饰静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步代码前要获得当前类对象的锁 / 给类加锁 -> 无论这个类有多少个对象，都共享这把锁

• 修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。/ 给指定对象加锁

3、synchronized作用于实例方法：

public class AccountingSync implements Runnable{
    //共享资源(临界资源)
    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<1000000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AccountingSync instance=new AccountingSync();
        Thread t1=new Thread(instance);
        Thread t2=new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
    /**
     * 输出结果:
     * 2000000
     */
}

 注意：当一个线程正在访问一个对象的 synchronized 实例方法，那么其他线程不能访问该对象的其他 synchronized 方法，毕竟一个对象只有一把锁，当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，所以无法访问该对象的其他synchronized实例方法，但是其他线程还是可以访问该实例对象的其他非synchronized方法

public class AccountingSyncBad implements Runnable{
    static int i=0;
    public synchronized void increase(){
        i++;
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int j=0;j<1000000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //new新实例
        Thread t1=new Thread(new AccountingSyncBad());
        //new新实例
        Thread t2=new Thread(new AccountingSyncBad());
        t1.start();
        t2.start();
        //join含义:当前线程A等待thread线程终止之后才能从thread.join()返回
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

 注意：上述代码与前面不同的是我们同时创建了两个新实例AccountingSyncBad，然后启动两个不同的线程对共享变量i进行操作，但很遗憾操作结果是1452317而不是期望结果2000000，因为上述代码犯了严重的错误，虽然我们使用synchronized修饰了increase方法，但却new了两个不同的实例对象，这也就意味着存在着两个不同的实例对象锁，因此t1和t2都会进入各自的对象锁，也就是说t1和t2线程使用的是不同的锁，因此线程安全是无法保证的。 解决这种困境的的方式是将synchronized作用于静态的increase方法，这样的话，对象锁就当前类对象，由于无论创建多少个实例对象，但对于的类对象拥有只有一个，所有在这样的情况下对象锁就是唯一的。下面我们看看如何使用将synchronized作用于静态的increase方法。

4、 synchronized作用于静态方法：

当synchronized作用于静态方法时，其锁就是当前类的class对象锁。由于静态成员不专属于任何一个实例对象，是类成员，因此通过class对象锁可以控制静态 成员的并发操作。需要注意的是如果一个线程A调用一个实例对象的非static synchronized方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的class对象，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁

public class AccountingSyncClass implements Runnable{
    static int i=0;

    /**
     * 作用于静态方法,锁是当前class对象,也就是
     * AccountingSyncClass类对应的class对象
     */
    public static synchronized void increase(){
        i++;
    }

    /**
     * 非静态,访问时锁不一样不会发生互斥
     */
    public synchronized void increase4Obj(){
        i++;

    }

    @Override
    public void run() {
        for(int j=0;j<1000000;j++){
            increase();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //new新实例
        Thread t1=new Thread(new AccountingSyncClass());
        //new新实例
        Thread t2=new Thread(new AccountingSyncClass());
        //启动线程
        t1.start();t2.start();

        t1.join();t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

 5、synchronized同步代码块：

除了使用关键字修饰实例方法和静态方法外，还可以使用同步代码块，在某些情况下，我们编写的方法体可能比较大，同时存在一些比较耗时的操作，而需要同步的代码又只有一小部分，如果直接对整个方法进行同步操作，可能会得不偿失，此时我们可以使用同步代码块的方式对需要同步的代码进行包裹，这样就无需对整个方法进行同步操作了

public class AccountingSync implements Runnable{
    static AccountingSync instance=new AccountingSync();
    static int i=0;
    @Override
    public void run() {
        //省略其他耗时操作....
        //使用同步代码块对变量i进行同步操作,锁对象为instance
        synchronized(instance){
            for(int j=0;j<1000000;j++){
                    i++;
             }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1=new Thread(instance);
        Thread t2=new Thread(instance);
        t1.start();t2.start();
        t1.join();t2.join();
        System.out.println(i);
    }
}

从代码看出，将synchronized作用于一个给定的实例对象instance，即当前实例对象就是锁对象，每次当线程进入synchronized包裹的代码块时就会要求当前线程持有instance实例对象锁，如果当前有其他线程正持有该对象锁，那么新到的线程就必须等待，这样也就保证了每次只有一个线程执行i++;操作。当然除了instance作为对象外，我们还可以使用this对象(代表当前实例)或者当前类的class对象作为锁，如下代码：

//this,当前实例对象锁
synchronized(this){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}

//class对象锁
synchronized(AccountingSync.class){
    for(int j=0;j<1000000;j++){
        i++;
    }
}

6、上一个卖票的经典案例：

public class Ticker implements Runnable {
    private static int ticket = 100;
    private String seller;

    public Ticker() {
    }

    public Ticker(String seller) {
        this.seller = seller;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (Ticker.class) {
                if (ticket > 0) {
                    ticket--;
                    System.out.println(seller + "卖了一张票，票剩余了：" + ticket + "张");
                } else {
                    System.out.println(seller + "卖完了所有票");
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

/**
 * 1. 三个角色同时卖票     官方窗口     网上12306购票     黄牛
 * 2. 三家同时卖票，不能让票重复  ， 不能超卖 （票数不能出现负数）
 * 3. 不能出现重复票
 * 4. 三家共同将100张票全部卖出
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Ticker seller1 = new Ticker("官方窗口");
        Ticker seller2 = new Ticker("网络12306");
        Ticker seller3 = new Ticker("个人黄牛");
        new Thread(seller1).start();
        new Thread(seller2).start();
        new Thread(seller3).start();
    }
}

备注：Runnable接口是函数式接口，所以本案例Main中new Thread().start()的写法可以用Lambda表达式写，当然也更是可以用匿名内部类写。 不过由于run()方法不带参，而且访问了成员变量，所以感觉用Lambda表达式好像写不出来，欢迎有好想法的可以发在评论区，用匿名内部类可以改写如下：

        new Thread(
                new Runnable() {
                    private int ticket = 100;
                    private final String seller = "官方窗口";
                    @Override
                    public void run() {
                        while (true) {
                            try {
                                Thread.sleep(10);
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                            synchronized (Ticker.class) {
                                if (ticket > 0) {
                                    ticket--;
                                    System.out.println(seller + "卖了一张票，票剩余了：" + ticket + "张");
                                } else {
                                    System.out.println(seller + "卖完了所有票");
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                    }
                }
        ).start();

 但是也有问题，这里只是说类似的写法上可以改写一下，但是在这个实际案例中用匿名内部类改写后，ticket就不是同一个了，就不是卖的统一的100张，而是三家各卖各的100张票。

 本电子书目录：《Java基础的重点知识点全集》