synchronized的使用

本文是学习 默课网-Java高并发之魂：synchronized深度解析 所做的笔记。

一、Synchronized

1.1 synchronized简介

  1. 官方解释：

同步方法支持一种简单的策略来防止线程干扰和内存一直想错误：如果一个对象对多个线程可见，则该对象变量的所有读取和写入都是通过同步方法完成的。

  1. 通俗易懂：

能够保证同一时刻只有一个线程执行该段代码，已达到并发安全的效果。

1.2 并发出现的问题

两个线程同时执行i++，最后的结果比我们预期的少。代码如下:

public class DisappearRequest1 implements Runnable{

    private static DisappearRequest1 instance = new DisappearRequest1();

    private static int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        for (int j = 0; j < 100000; j++) {
            i ++;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);

        t1.start();
        t2.start();
        // join()方法的作用是，当前线程（主线程）进入阻塞状态，等待执行join()方法的线程运行结束后，当前线程（主线程）才可以进入就绪状态。
        t1.join();
        t2.join();

        // 理想的情况是输出200000，但由于多线程并发问题，结果小于200000
        System.out.println(i);

        /** 原因分析：
         * i ++ ，看上去只有一个操作，实际上包含了三个动作
         * 1. 读取i的值
         * 2. 将i加1
         * 3. 将i的值写入内存
         * 由于在多线程情况下，上述三个步骤任何一步都有可能被打断（例如：t1读取到i的值为0，加1，
         * 还没来得及写入内存，此时t2线程进来，读取到i的值依然是0，加1，写入内存，最终i执行了
         * 两次加1，但是i的值不是2，而是1），所以造成最终结果与预期不一致。
         *
         *
         */
    }
}

二、Synchronized的两种用法

2.1 对象锁

包括方法锁(默认锁对象是this当前实例对象)和同步代码块锁(自己指定锁对象)

2.11 方法锁形式

synchronized修饰普通方法，锁对象默认是this

public class SynchronizedObjectMethod3 implements Runnable {

    private static SynchronizedObjectMethod3 instance = new SynchronizedObjectMethod3();

    @Override
    public void run() {
        method();
    }
    public synchronized void method() {
        System.out.println("我是对象锁的方法修饰方式，我叫 " + Thread.currentThread().getName());

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  运行结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);

        t1.start();
        t2.start();
        // while空循环的作用是，让t1,t2线程执行结束后再执行主线程
        while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) {

        }
        System.out.println("finished");
    }
}

运行结果

我是对象锁的方法修饰方式，我叫 Thread-0
Thread-0  运行结束
我是对象锁的方法修饰方式，我叫 Thread-1
Thread-1  运行结束
finished
2.12 代码块锁形式

第一种，使用this作为锁对象

public class SynchronizedObjectBlock2 implements Runnable{

    private static SynchronizedObjectBlock2 instance = new SynchronizedObjectBlock2();

    @Override
    public void run() {
       synchronized (this) {
           System.out.println("我是对象锁的代码块形式，我叫 ： " + Thread.currentThread().getName());
           try {
               Thread.sleep(3000);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行结束");
       }
    }
    
    public static void main(String[] args){
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        // while空循环的作用是，让t1,t2线程执行结束后再执行主线程
        while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) {

        }
        System.out.println("finished");
    }
}

运行结果:

我是对象锁的代码块形式，我叫 ： Thread-0
Thread-0运行结束
我是对象锁的代码块形式，我叫 ： Thread-1
Thread-1运行结束
finished

第二种，使用自定义对象作为锁对象（有多个代码块时，就需要自定义锁对象）

public class SynchronizedObjectBlock2 implements Runnable{

    private static SynchronizedObjectBlock2 instance = new SynchronizedObjectBlock2();
    Object lock1 = new Object();
    Object lock2 = new Object();
    
    @Override
    public void run() {
       synchronized (lock1) {
           System.out.println("我是lock1，我叫 ： " + Thread.currentThread().getName());
           try {
               Thread.sleep(3000);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  lock1部分运行结束");
       }
       synchronized (lock2) {
           System.out.println("我是lock2，我叫 ： " + Thread.currentThread().getName());
           try {
               Thread.sleep(3000);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  lock2部分运行结束");
       }
    }



    public static void main(String[] args){
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);

        t1.start();
        t2.start();

        while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) {

        }
        System.out.println("finished");
    }
}

运行结果

我是lock1，我叫 ： Thread-1
Thread-1  lock1部分运行结束
我是lock2，我叫 ： Thread-1
我是lock1，我叫 ： Thread-0
Thread-0  lock1部分运行结束
Thread-1  lock2部分运行结束
我是lock2，我叫 ： Thread-0
Thread-0  lock2部分运行结束
finished

2.2 类锁

指的是synchronized修饰静态的方法，或者指定锁为Class对象。

2.21 基础知识点
  1. Java类可能有很多个对象，但是只有一个Class对象(类类型class type)，所谓的类锁，指的就是该类的Class对象的锁
  2. 类锁使用效果：类锁只能在同一时刻被一个对象拥有。
2.22 类锁的形式
  1. synchronized加在static方法上
public class SynchronizedClassStatic4 implements Runnable {

    private static SynchronizedClassStatic4 instance1 = new SynchronizedClassStatic4();
    private static SynchronizedClassStatic4 instance2 = new SynchronizedClassStatic4();

    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    // static方法
    public static synchronized void method() {
      System.out.println("我是类锁的第一种形式 ：static形式，我叫 " + Thread.currentThread().getName());

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  运行结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance2);

        t1.start();
        t2.start();

        // while空循环的作用是，让t1,t2线程执行结束后再执行主线程
        while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) {

        }
        System.out.println("finished");
    }
}

运行结果：

我是类锁的第一种形式 ：static形式，我叫 Thread-0
Thread-0  运行结束
我是类锁的第一种形式 ：static形式，我叫 Thread-1
Thread-1  运行结束
finished
  1. synchronized(*.class)代码块
public class SynchronizedClassClass5 implements Runnable {

    private static SynchronizedClassClass5 instance1 = new SynchronizedClassClass5();
    private static SynchronizedClassClass5 instance2 = new SynchronizedClassClass5();

    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    public void method() {
        synchronized (SynchronizedClassClass5.class) {
            System.out.println("我是类锁的第二种形式：synchronized(*.class)代码块形式，我叫 " + Thread.currentThread().getName());

            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  运行结束");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance2);

        t1.start();
        t2.start();

        // while空循环的作用是，让t1,t2线程执行结束后再执行主线程
        while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) {

        }
        System.out.println("finished");
    }
}

运行结果

我是类锁的第二种形式：synchronized(*.class)代码块形式，我叫 Thread-0
Thread-0  运行结束
我是类锁的第二种形式：synchronized(*.class)代码块形式，我叫 Thread-1
Thread-1  运行结束
finished

现在可以对1.2中的代码进行优化

  1. 使用对象锁的synchronized修饰普通方法形式
 @Override
    public synchronized void run() {
         
        for (int j = 0; j < 100000; j++) {
            i ++;
        }
        
    }
  1. 使用对象锁的代码块形式
 @Override
    public void run() {
        synchronized (this) {
            for (int j = 0; j < 100000; j++) {
                i ++;
            }
        }
    }
  1. 使用类锁的synchronized(*.class)代码块形式
 @Override
    public void run() {
        synchronized (DisappearRequest1.class) {
            for (int j = 0; j < 100000; j++) {
                i ++;
            }
        }
    }
  1. 使用类锁的synchronized修饰zestatic方法形式
  @Override
    public void run() {
        count();
    }

    public synchronized static void count(){
        for (int j = 0; j < 100000; j++) {
            i ++;
        }
    }

以上优化后的代码最终输出结果都是：200000

三、sychonized集几种常见面试题

3.1 多线程访问（synchronized）同步方法的七种情况

  1. 两个线程同时访问一个对象的同步方法（串行）
  2. 两个线程访问的是两个对象的同步方法（并行：锁对象不一致）
  3. 两个线程访问的是sychronized的静态方法（串行：类锁，锁对象一致）
  4. 同时访问同步和非同步的方法（并行：synchronized只会对被修饰的方法起作用）
  5. 访问一个类的不同的普通(非static)同步方法（串行：此种情况是对象锁，因此两个同步方法拿到的锁对象是一致的）
  6. 同时访问静态的sychronized和非静态的synchronized方法（并行：前者是对象锁this,后者是类锁*.class）
  7. sychronized方法抛出异常后，会释放锁对象吗？（JVM会释放锁）
  8. 当一个同步方法中调用了另一个非同步方法的时候，该同步方法还是线程安全的吗？(不安全)

3.2 对以上七种情况的总结

  1. 一把锁同时只能被一个线程获取，没有拿到锁的线程必须等待（对应第1、5种情况）
  2. 每个实例都应有自己的一把锁，不同实例之间互不影响；例外：如果是类锁的时候，所有对象共用一把锁（对应第2、3、4、6种情况）
  3. 无论是方法正常执行完毕或者是方法抛出异常，都会释放锁对象（第7种情况）

四、Synchronized的性质

4.1 可重入性质

  1. 定义：可重入指的的是同一线程的外层函数获得锁之后，内层函数可以直接在此获取该锁。（可重入锁也叫递归锁）
  2. 好处：避免死锁，提升封装性
  3. 粒度（范围）：线程而非调用（只要是在同一个线程内，都可以满足可重入性质，即无需释放锁、重新获取锁）

粒度总结：

  1. 同一个方法是可重入的，即递归调用同一个方法，是满足可重入性质的
  2. 可重入不要求是同一个方法，即一个同步方法调用其他同步方法，依然满足可重入性质
  3. 可重入不要求是同一个类，即一个类的同步方法调用其他类的同步方法也满足可重入性质
4.2 不可中断性质
  1. 定义：一旦这个锁已经被别人获得了，如果我还想获得，我只能选择等待或者阻塞，知道别的线程释放这个锁，如果别人永远不释放，那我只能永远等待下去。

参考

默课网-Java高并发之魂：synchronized深度解析

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