Java多線程之synchronized關鍵字詳解
多線程的同步機制對資源進行加鎖，使得在同一個時間，只有一個線程可以進行操作，同步用以解決多個線程同時訪問時可能出現(xiàn)的問題。
同步機制可以使用synchronized關鍵字實現(xiàn)。
當synchronized關鍵字修飾一個方法的時候，該方法叫做同步方法。
當synchronized方法執(zhí)行完或發(fā)生異常時，會自動釋放鎖。
下面通過一個例子來對synchronized關鍵字的用法進行解析。
1，是否使用synchronized關鍵字的不同
- 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關鍵字，這個例子程序的執(zhí)行結果會有很大的不同。
如果不加synchronized關鍵字，則兩個線程同時執(zhí)行execute()方法，輸出是兩組并發(fā)的。
如果加上synchronized關鍵字，則會先輸出一組0到9，然后再輸出下一組，說明兩個線程是順次執(zhí)行的。
2.多個方法的多線程情況
將程序改動一下，Example類中再加入一個方法execute2()。
之后再寫一個線程類Thread2，Thread2中的run()方法執(zhí)行的是execute2()。Example類中的兩個方法都是被synchronized關鍵字修飾的。
- 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關鍵字，則兩個方法并發(fā)執(zhí)行，并沒有相互影響。
但是如例子程序中所寫，即便是兩個方法：
執(zhí)行結果永遠是執(zhí)行完一個線程的輸出再執(zhí)行另一個線程的。
說明：
如果一個對象有多個synchronized方法，某一時刻某個線程已經(jīng)進入到了某個synchronized方法，那么在該方法沒有執(zhí)行完畢前，其他線程是無法訪問該對象的任何synchronized方法的。
結論：
當synchronized關鍵字修飾一個方法的時候，該方法叫做同步方法。
Java中的每個對象都有一個鎖(lock)，或者叫做監(jiān)視器(monitor)，當一個線程訪問某個對象的synchronized方法時，將該對象上鎖，其他任何線程都無法再去訪問該對象的synchronized方法了(這里是指所有的同步方法，而不僅僅是同一個方法)，直到之前的那個線程執(zhí)行方法完畢后(或者是拋出了異常)，才將該對象的鎖釋放掉，其他線程才有可能再去訪問該對象的synchronized方法。
注意這時候是給對象上鎖，如果是不同的對象，則各個對象之間沒有限制關系。
嘗試在代碼中構造第二個線程對象時傳入一個新的Example對象，則兩個線程的執(zhí)行之間沒有什么制約關系。
3.考慮靜態(tài)的同步方法
當一個synchronized關鍵字修飾的方法同時又被static修飾，之前說過，非靜態(tài)的同步方法會將對象上鎖，但是靜態(tài)方法不屬于對象，而是屬于類，它會將這個方法所在的類的Class對象上鎖。
一個類不管生成多少個對象，它們所對應的是同一個Class對象。
- 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象，靜態(tài)方法同步仍然不允許多個線程同時執(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關鍵字)，即便是向兩個線程傳入不同的Example對象，這兩個線程仍然是互相制約的，必須先執(zhí)行完一個，再執(zhí)行下一個。
結論：
如果某個synchronized方法是static的，那么當線程訪問該方法時，它鎖的并不是synchronized方法所在的對象，而是synchronized方法所在的類所對應的Class對象。Java中，無論一個類有多少個對象，這些對象會對應***一個Class對象，因此當線程分別訪問同一個類的兩個對象的兩個static，synchronized方法時，它們的執(zhí)行順序也是順序的，也就是說一個線程先去執(zhí)行方法，執(zhí)行完畢后另一個線程才開始。
4. synchronized塊
synchronized塊寫法：
synchronized(object)
{
}
表示線程在執(zhí)行的時候會將object對象上鎖。(注意這個對象可以是任意類的對象，也可以使用this關鍵字)。
這樣就可以自行規(guī)定上鎖對象。
- 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所達到的效果和例子程序2的效果一樣，都是使得兩個線程的執(zhí)行順序進行，而不是并發(fā)進行，當一個線程執(zhí)行時，將object對象鎖住，另一個線程就不能執(zhí)行對應的塊。
synchronized方法實際上等同于用一個synchronized塊包住方法中的所有語句，然后在synchronized塊的括號中傳入this關鍵字。當然，如果是靜態(tài)方法，需要鎖定的則是class對象。
可能一個方法中只有幾行代碼會涉及到線程同步問題，所以synchronized塊比synchronized方法更加細粒度地控制了多個線程的訪問，只有synchronized塊中的內(nèi)容不能同時被多個線程所訪問，方法中的其他語句仍然可以同時被多個線程所訪問(包括synchronized塊之前的和之后的)。
注意：被synchronized保護的數(shù)據(jù)應該是私有的。
結論：
synchronized方法是一種粗粒度的并發(fā)控制，某一時刻，只能有一個線程執(zhí)行該synchronized方法;
synchronized塊則是一種細粒度的并發(fā)控制，只會將塊中的代碼同步，位于方法內(nèi)、synchronized塊之外的其他代碼是可以被多個線程同時訪問到的。
JDK 5.0的并發(fā)包
使用synchronized關鍵字解決線程的同步問題會帶來一些執(zhí)行效率上的問題。
JDK1.4及之前是無法避免這些問題的。
JDK 5.0引入了這樣一個包：java.util.concurrent：
http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/package-frame.html
專門解決這一問題。
限于篇幅，這里不再介紹。
