Java多線程之synchronized關(guān)鍵字詳解
多線程的同步機(jī)制對(duì)資源進(jìn)行加鎖，使得在同一個(gè)時(shí)間，只有一個(gè)線程可以進(jìn)行操作，同步用以解決多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。
同步機(jī)制可以使用synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)synchronized關(guān)鍵字修飾一個(gè)方法的時(shí)候，該方法叫做同步方法。
當(dāng)synchronized方法執(zhí)行完或發(fā)生異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)釋放鎖。
下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)對(duì)synchronized關(guān)鍵字的用法進(jìn)行解析。
1，是否使用synchronized關(guān)鍵字的不同
- public class ThreadTest
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Example example = new Example();
- Thread t1 = new Thread1(example);
- Thread t2 = new Thread1(example);
- t1.start();
- t2.start();
- }
- }
- class Example
- {
- public synchronized void execute()
- {
- for (int i = 0; i < 10; ++i)
- {
- try
- {
- Thread.sleep(500);
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("Hello: " + i);
- }
- }
- }
- class Thread1 extends Thread
- {
- private Example example;
- public Thread1(Example example)
- {
- this.example = example;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- example.execute();
- }
- }
是否在execute()方法前加上synchronized關(guān)鍵字，這個(gè)例子程序的執(zhí)行結(jié)果會(huì)有很大的不同。
如果不加synchronized關(guān)鍵字，則兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行execute()方法，輸出是兩組并發(fā)的。
如果加上synchronized關(guān)鍵字，則會(huì)先輸出一組0到9，然后再輸出下一組，說(shuō)明兩個(gè)線程是順次執(zhí)行的。
2.多個(gè)方法的多線程情況
將程序改動(dòng)一下，Example類中再加入一個(gè)方法execute2()。
之后再寫一個(gè)線程類Thread2，Thread2中的run()方法執(zhí)行的是execute2()。Example類中的兩個(gè)方法都是被synchronized關(guān)鍵字修飾的。
- public class ThreadTest
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Example example = new Example();
- Thread t1 = new Thread1(example);
- Thread t2 = new Thread2(example);
- t1.start();
- t2.start();
- }
- }
- class Example
- {
- public synchronized void execute()
- {
- for (int i = 0; i < 20; ++i)
- {
- try
- {
- Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("Hello: " + i);
- }
- }
- public synchronized void execute2()
- {
- for (int i = 0; i < 20; ++i)
- {
- try
- {
- Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("World: " + i);
- }
- }
- }
- class Thread1 extends Thread
- {
- private Example example;
- public Thread1(Example example)
- {
- this.example = example;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- example.execute();
- }
- }
- class Thread2 extends Thread
- {
- private Example example;
- public Thread2(Example example)
- {
- this.example = example;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- example.execute2();
- }
- }
如果去掉synchronized關(guān)鍵字，則兩個(gè)方法并發(fā)執(zhí)行，并沒(méi)有相互影響。
但是如例子程序中所寫，即便是兩個(gè)方法：
執(zhí)行結(jié)果永遠(yuǎn)是執(zhí)行完一個(gè)線程的輸出再執(zhí)行另一個(gè)線程的。
說(shuō)明：
如果一個(gè)對(duì)象有多個(gè)synchronized方法，某一時(shí)刻某個(gè)線程已經(jīng)進(jìn)入到了某個(gè)synchronized方法，那么在該方法沒(méi)有執(zhí)行完畢前，其他線程是無(wú)法訪問(wèn)該對(duì)象的任何synchronized方法的。
結(jié)論：
當(dāng)synchronized關(guān)鍵字修飾一個(gè)方法的時(shí)候，該方法叫做同步方法。
Java中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)鎖(lock)，或者叫做監(jiān)視器(monitor)，當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)某個(gè)對(duì)象的synchronized方法時(shí)，將該對(duì)象上鎖，其他任何線程都無(wú)法再去訪問(wèn)該對(duì)象的synchronized方法了(這里是指所有的同步方法，而不僅僅是同一個(gè)方法)，直到之前的那個(gè)線程執(zhí)行方法完畢后(或者是拋出了異常)，才將該對(duì)象的鎖釋放掉，其他線程才有可能再去訪問(wèn)該對(duì)象的synchronized方法。
注意這時(shí)候是給對(duì)象上鎖，如果是不同的對(duì)象，則各個(gè)對(duì)象之間沒(méi)有限制關(guān)系。
嘗試在代碼中構(gòu)造第二個(gè)線程對(duì)象時(shí)傳入一個(gè)新的Example對(duì)象，則兩個(gè)線程的執(zhí)行之間沒(méi)有什么制約關(guān)系。
3.考慮靜態(tài)的同步方法
當(dāng)一個(gè)synchronized關(guān)鍵字修飾的方法同時(shí)又被static修飾，之前說(shuō)過(guò)，非靜態(tài)的同步方法會(huì)將對(duì)象上鎖，但是靜態(tài)方法不屬于對(duì)象，而是屬于類，它會(huì)將這個(gè)方法所在的類的Class對(duì)象上鎖。
一個(gè)類不管生成多少個(gè)對(duì)象，它們所對(duì)應(yīng)的是同一個(gè)Class對(duì)象。
- public class ThreadTest
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Example example = new Example();
- Thread t1 = new Thread1(example);
- // 此處即便傳入不同的對(duì)象，靜態(tài)方法同步仍然不允許多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行
- example = new Example();
- Thread t2 = new Thread2(example);
- t1.start();
- t2.start();
- }
- }
- class Example
- {
- public synchronized static void execute()
- {
- for (int i = 0; i < 20; ++i)
- {
- try
- {
- Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("Hello: " + i);
- }
- }
- public synchronized static void execute2()
- {
- for (int i = 0; i < 20; ++i)
- {
- try
- {
- Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("World: " + i);
- }
- }
- }
- class Thread1 extends Thread
- {
- private Example example;
- public Thread1(Example example)
- {
- this.example = example;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- Example.execute();
- }
- }
- class Thread2 extends Thread
- {
- private Example example;
- public Thread2(Example example)
- {
- this.example = example;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- Example.execute2();
- }
- }
所以如果是靜態(tài)方法的情況(execute()和execute2()都加上static關(guān)鍵字)，即便是向兩個(gè)線程傳入不同的Example對(duì)象，這兩個(gè)線程仍然是互相制約的，必須先執(zhí)行完一個(gè)，再執(zhí)行下一個(gè)。
結(jié)論：
如果某個(gè)synchronized方法是static的，那么當(dāng)線程訪問(wèn)該方法時(shí)，它鎖的并不是synchronized方法所在的對(duì)象，而是synchronized方法所在的類所對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象。Java中，無(wú)論一個(gè)類有多少個(gè)對(duì)象，這些對(duì)象會(huì)對(duì)應(yīng)***一個(gè)Class對(duì)象，因此當(dāng)線程分別訪問(wèn)同一個(gè)類的兩個(gè)對(duì)象的兩個(gè)static，synchronized方法時(shí)，它們的執(zhí)行順序也是順序的，也就是說(shuō)一個(gè)線程先去執(zhí)行方法，執(zhí)行完畢后另一個(gè)線程才開(kāi)始。
4. synchronized塊
synchronized塊寫法：
synchronized(object)
{
}
表示線程在執(zhí)行的時(shí)候會(huì)將object對(duì)象上鎖。(注意這個(gè)對(duì)象可以是任意類的對(duì)象，也可以使用this關(guān)鍵字)。
這樣就可以自行規(guī)定上鎖對(duì)象。
- public class ThreadTest
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Example example = new Example();
- Thread t1 = new Thread1(example);
- Thread t2 = new Thread2(example);
- t1.start();
- t2.start();
- }
- }
- class Example
- {
- private Object object = new Object();
- public void execute()
- {
- synchronized (object)
- {
- for (int i = 0; i < 20; ++i)
- {
- try
- {
- Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("Hello: " + i);
- }
- }
- }
- public void execute2()
- {
- synchronized (object)
- {
- for (int i = 0; i < 20; ++i)
- {
- try
- {
- Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
- }
- catch (InterruptedException e)
- {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("World: " + i);
- }
- }
- }
- }
- class Thread1 extends Thread
- {
- private Example example;
- public Thread1(Example example)
- {
- this.example = example;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- example.execute();
- }
- }
- class Thread2 extends Thread
- {
- private Example example;
- public Thread2(Example example)
- {
- this.example = example;
- }
- @Override
- public void run()
- {
- example.execute2();
- }
- }
例子程序4所達(dá)到的效果和例子程序2的效果一樣，都是使得兩個(gè)線程的執(zhí)行順序進(jìn)行，而不是并發(fā)進(jìn)行，當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行時(shí)，將object對(duì)象鎖住，另一個(gè)線程就不能執(zhí)行對(duì)應(yīng)的塊。
synchronized方法實(shí)際上等同于用一個(gè)synchronized塊包住方法中的所有語(yǔ)句，然后在synchronized塊的括號(hào)中傳入this關(guān)鍵字。當(dāng)然，如果是靜態(tài)方法，需要鎖定的則是class對(duì)象。
可能一個(gè)方法中只有幾行代碼會(huì)涉及到線程同步問(wèn)題，所以synchronized塊比synchronized方法更加細(xì)粒度地控制了多個(gè)線程的訪問(wèn)，只有synchronized塊中的內(nèi)容不能同時(shí)被多個(gè)線程所訪問(wèn)，方法中的其他語(yǔ)句仍然可以同時(shí)被多個(gè)線程所訪問(wèn)(包括synchronized塊之前的和之后的)。
注意：被synchronized保護(hù)的數(shù)據(jù)應(yīng)該是私有的。
結(jié)論：
synchronized方法是一種粗粒度的并發(fā)控制，某一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程執(zhí)行該synchronized方法;
synchronized塊則是一種細(xì)粒度的并發(fā)控制，只會(huì)將塊中的代碼同步，位于方法內(nèi)、synchronized塊之外的其他代碼是可以被多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)到的。
JDK 5.0的并發(fā)包
使用synchronized關(guān)鍵字解決線程的同步問(wèn)題會(huì)帶來(lái)一些執(zhí)行效率上的問(wèn)題。
JDK1.4及之前是無(wú)法避免這些問(wèn)題的。
JDK 5.0引入了這樣一個(gè)包：java.util.concurrent：
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/package-frame.html
專門解決這一問(wèn)題。
限于篇幅，這里不再介紹。
