Java基礎-多線程-③線程同步之synchronized

使用線程同步解決多線程安全問題

　　上一篇 Java基礎-多線程-②多線程的安全問題 中我們說到多線程可能引發的安全問題，原因在於多個線程共享了數據，且一個線程在操作(多為寫操作)數據的過程中，另一個線程也對數據進行了操作，從而導致數據出錯。由此我們想到一個解決的思路：將操作共享數據的代碼行作為一個整體，同一時間只允許一個線程執行，執行過程中其他線程不能參與執行。線程同步就是用來實現這樣的機制。

synchronized代碼塊

　　Java中提供了synchronized關鍵字，將可能引發安全問題的代碼包裹在synchronized代碼塊中，表示這些代碼需要進行線程同步。synchronized代碼塊的語法格式為：

synchronized (expression){
    //需要同步的代碼
}

其中，expression必須是一個引用類型的變量，這里我們可以理解為任意的一個Java對象，否則編譯出錯。下面的例子中我們使用了一個Object對象obj。

class Dog implements Runnable {
    private int t = 100;
    private Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            synchronized (obj) {
                if (t > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        System.out.println("當前線程：" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);
                    } catch (InterruptedException e) {}
                }
            }

        }
    }
}

這時候，一個線程在執行完整個代碼塊(或者非正常結束)之后，其他的線程才有機會進入代碼塊執行，就不會出現“打印的t小於1”的情況了，簡單的實現了代碼的同步。

線程同步的機制和同步鎖

　　上面線程同步的效果是怎么實現的呢？Java中任意的對象都可以作為一個監聽器(monitor)，監聽器可以被上鎖和解鎖，在線程同步中稱為同步鎖，且同步鎖在同一時間只能被一個線程所持有。上面的obj對象就是一個同步鎖，分析一下上面代碼的執行過程：

• 一個線程執行到synchronized代碼塊，首先檢查obj，如果obj為空，拋出NullPointerExpression異常；
• 如果obj不為空，線程嘗試給監聽器上鎖，如果監聽器已經被鎖，則線程不能獲取到鎖，線程就被阻塞；
• 如果監聽器沒被鎖，則線程將監聽器上鎖，並且持有該鎖，然后執行代碼塊；
• 代碼塊正常執行結束或者非正常結束，監聽器都將自動解鎖；

所以，一個線程執行代碼塊時，持有了同步鎖，其他線程就不能獲取到鎖，也就不能進入代碼塊執行，只能等待鎖被釋放。這時候我們思考這樣一個問題：在synchronized代碼塊中如果我們每次傳入的都是一個新的對象，能否實現同步的效果呢？如下：

    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (new Object()) {
                if (t > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        System.out.println("當前線程：" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);
                    } catch (InterruptedException e) {}
                }
            }
        }
    }

顯然多個線程檢查的都是一個新的對象，不同的同步鎖對不同的線程不具有排他性，不能實現線程同步的效果，這時候線程同步就失效了。所以線程同步的一個前提：線程同步鎖對多個線程必須是互斥的，即多個線程需要使用同一個同步鎖。第一段代碼中obj對象被多個線程共享，能夠實現同步。

synchronized方法

　　除了synchronized代碼塊，synchronized關鍵字還可以修飾方法，讓該方法進行線程同步，效果跟同步代碼塊一樣。

    public synchronized void run() {
        while (true) {
            if (t > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.println("當前線程：" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);
                } catch (InterruptedException e) {}
            }
        }
    }

這時候synchronized后面沒有了expression，從哪兒獲取同步鎖呢？

• 對於實例的同步方法，使用this即當前實例對象，如上面的dog；
• 對於靜態的同步方法，使用當前類的字節碼對象，如上面的Dog.class。

也就是說使用同步方法的話，同步鎖只能是this或者當前類的字節碼對象。所以根據同步鎖必須互斥的前提，如果同時使用synchronized代碼塊和synchronized方法對同一個共享資源進行線程同步，synchronized代碼塊的同步鎖也必須跟synchronized方法一樣(要么是this，要么是類的字節碼對象)。

同步代碼塊和同步方法的區別

　　兩者的區別主要體現在同步鎖上面。對於實例的同步方法，因為只能使用this來作為同步鎖，如果一個類中需要使用到多個鎖，為了避免鎖的沖突，必然需要使用不同的對象，這時候同步方法不能滿足需求，只能使用同步代碼塊(同步代碼塊可以傳入任意對象)；或者多個類中需要使用到同一個鎖，這時候多個類的實例this顯然是不同的，也只能使用同步代碼塊，傳入同一個對象。