java多线程同步实现方式以及这背后的原理


本篇中,我们来看一看传统的同步实现方式以及这背后的原理。

很多人都知道,在Java多线程编程中,有一个重要的关键字,synchronized。但是很多人看到这个东西会感到困惑:“都说同步机制是通过对象锁来实现的,但是这么一个关键字,我也看不出来Java程序锁住了哪个对象阿?“

没错,我一开始也是对这个问题感到困惑和不解。不过还好,我们有下面的这个例程:

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  1. public class ThreadTest extends Thread {     
  2.      private int threadNo;     
  3.      public ThreadTest(int threadNo) {     
  4.          this.threadNo = threadNo;     
  5.      }     
  6.      public static void main(String[] args) throws Exception {     
  7.          for (int i = 1; i < 10; i++) {     
  8.             new ThreadTest(i).start();     
  9.              Thread.sleep(1);     
  10.          }     
  11.       }     
  12.        
  13.      @Override    
  14.       public synchronized void run() {     
  15.          for (int i = 1; i < 10000; i++) {     
  16.              System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);     
  17.          }     
  18.       }     
  19.   }  

      这个程序其实就是让10个线程在控制台上数数,从1数到9999。理想情况下,我们希望看到一个线程数完,然后才是另一个线程开始数数。但是这个程序的执行过程告诉我们,这些线程还是乱糟糟的在那里抢着报数,丝毫没有任何规矩可言。
     但是细心的读者注意到:run方法还是加了一个synchronized关键字的,按道理说,这些线程应该可以一个接一个的执行这个run方法才对阿。
     但是通过上一篇中,我们提到的,对于一个成员方法加synchronized关键字,这实际上是以这个成员方法所在的对象本身作为对象锁。在本例中,就是 以ThreadTest类的一个具体对象,也就是该线程自身作为对象锁的。一共十个线程,每个线程持有自己 线程对象的那个对象锁。这必然不能产生同步的效果。换句话说,如果要对这些线程进行同步,那么这些线程所持有的对象锁应当是共享且唯一的! 

我们来看下面的例程:

 

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  1.  public class ThreadTest2 extends Thread {     
  2.   private int threadNo; private String lock;     
  3.   public ThreadTest2(int threadNo, String lock) {     
  4.   this.threadNo = threadNo;     
  5.       this.lock = lock;   }     
  6.  public static void main(String[] args) throws Exception {     
  7.     String lock = new String("lock");     
  8.       for (int i = 1; i < 10; i++) {       
  9.    new ThreadTest2(i, lock).start();     
  10.       Thread.sleep(1);     
  11.      }     
  12.   }       
  13. public void run() {       
  14.  synchronized (lock) {     
  15.       for (int i = 1; i < 10000; i++) {     
  16.        System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);     
  17.     }        
  18.  }       
  19.  }     
  20.  }    

 

 

        我们注意到,该程序通过在main方法启动10个线程之前,创建了一个String类型的对象。并通过ThreadTest2的构造函数,将这个对象赋值 给每一个ThreadTest2线程对象中的私有变量lock。根据Java方法的传值特点,我们知道,这些线程的lock变量实际上指向的是堆内存中的 同一个区域,即存放main函数中的lock变量的区域。
        程序将原来run方法前的synchronized关键字去掉,换用了run方法中的一个synchronized块来实现。这个同步块的对象锁,就是 main方法中创建的那个String对象。换句话说,他们指向的是同一个String类型的对象,对象锁是共享且唯一的!

于是,我们看到了预期的效果:10个线程不再是争先恐后的报数了,而是一个接一个的报数。

再来看下面的例程:

 

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  1. public class ThreadTest3 extends Thread {     
  2.      
  3.     private int threadNo;     
  4.     private String lock;     
  5.      
  6.     public ThreadTest3(int threadNo) {     
  7.         this.threadNo = threadNo;     
  8.     }     
  9.      
  10.     public static void main(String[] args) throws Exception {     
  11.          
  12.         for (int i = 1; i < 20; i++) {     
  13.             new ThreadTest3(i).start();     
  14.             Thread.sleep(1);     
  15.         }     
  16.     }     
  17.      
  18.     public static synchronized void abc(int threadNo) {     
  19.         for (int i = 1; i < 10000; i++) {     
  20.                 
  21.                 System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);             
  22.         }     
  23.     }     
  24.      
  25.     public void run() {     
  26.         abc(threadNo);     
  27.     }     
  28. }  

 

 

  •   

    细心的读者发现了:这段代码没有使用main方法中创建的String对象作为这10个线程的线程锁。而是通过在run方法中调用本线 程中一个静态的同步 方法abc而实现了线程的同步。我想看到这里,你们应该很困惑:这里synchronized静态方法是用什么来做对象锁的呢?



    我们知道,对于同步静态方法,对象锁就是该静态放发所在的类的Class实例,由于在JVM中,所有被加载的类都有唯一的类对象,具体到本例,就是唯一的 ThreadTest3.class对象。不管我们创建了该类的多少实例,但是它的类实例仍然是一个!



    这样我们就知道了:

    1、对于同步的方法或者代码块来说,必须获得对象锁才能够进入同步方法或者代码块进行操作;


    2、如果采用method级别的同步,则对象锁即为method所在的对象,如果是静态方法,对象锁即指method所在的
    Class对象(唯一);


    3、对于代码块,对象锁即指synchronized(abc)中的abc;


    4、因为第一种情况,对象锁即为每一个线程对象,因此有多个,所以同步失效,第二种共用同一个对象锁lock,因此同步生效,第三个因为是
    static因此对象锁为ThreadTest3的class 对象,因此同步生效。

    如上述正确,则同步有两种方式,同步块和同步方法(为什么没有wait和notify?这个我会在补充章节中做出阐述)

    如果是同步代码块,则对象锁需要编程人员自己指定,一般有些代码为synchronized(this)只有在单态模式才生效;
    (本类的实例有且只有一个)

    如果是同步方法,则分静态和非静态两种 。

    静态方法则一定会同步,非静态方法需在单例模式才生效,推荐用静态方法(不用担心是否单例)。

    所以说,在Java多线程编程中,最常见的synchronized关键字实际上是依靠对象锁的机制来实现线程同步的。
    我们似乎可以听到synchronized在向我们说:“给我一把 锁,我能创造一个规矩”。


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