java多線程同步實現方式以及這背后的原理


本篇中,我們來看一看傳統的同步實現方式以及這背后的原理。

很多人都知道,在Java多線程編程中,有一個重要的關鍵字,synchronized。但是很多人看到這個東西會感到困惑:“都說同步機制是通過對象鎖來實現的,但是這么一個關鍵字,我也看不出來Java程序鎖住了哪個對象阿?“

沒錯,我一開始也是對這個問題感到困惑和不解。不過還好,我們有下面的這個例程:

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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.   }  

      這個程序其實就是讓10個線程在控制台上數數,從1數到9999。理想情況下,我們希望看到一個線程數完,然后才是另一個線程開始數數。但是這個程序的執行過程告訴我們,這些線程還是亂糟糟的在那里搶着報數,絲毫沒有任何規矩可言。
     但是細心的讀者注意到:run方法還是加了一個synchronized關鍵字的,按道理說,這些線程應該可以一個接一個的執行這個run方法才對阿。
     但是通過上一篇中,我們提到的,對於一個成員方法加synchronized關鍵字,這實際上是以這個成員方法所在的對象本身作為對象鎖。在本例中,就是 以ThreadTest類的一個具體對象,也就是該線程自身作為對象鎖的。一共十個線程,每個線程持有自己 線程對象的那個對象鎖。這必然不能產生同步的效果。換句話說,如果要對這些線程進行同步,那么這些線程所持有的對象鎖應當是共享且唯一的! 

我們來看下面的例程:

 

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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.  }    

 

 

        我們注意到,該程序通過在main方法啟動10個線程之前,創建了一個String類型的對象。並通過ThreadTest2的構造函數,將這個對象賦值 給每一個ThreadTest2線程對象中的私有變量lock。根據Java方法的傳值特點,我們知道,這些線程的lock變量實際上指向的是堆內存中的 同一個區域,即存放main函數中的lock變量的區域。
        程序將原來run方法前的synchronized關鍵字去掉,換用了run方法中的一個synchronized塊來實現。這個同步塊的對象鎖,就是 main方法中創建的那個String對象。換句話說,他們指向的是同一個String類型的對象,對象鎖是共享且唯一的!

於是,我們看到了預期的效果:10個線程不再是爭先恐后的報數了,而是一個接一個的報數。

再來看下面的例程:

 

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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. }  

 

 

  •   

    細心的讀者發現了:這段代碼沒有使用main方法中創建的String對象作為這10個線程的線程鎖。而是通過在run方法中調用本線 程中一個靜態的同步 方法abc而實現了線程的同步。我想看到這里,你們應該很困惑:這里synchronized靜態方法是用什么來做對象鎖的呢?



    我們知道,對於同步靜態方法,對象鎖就是該靜態放發所在的類的Class實例,由於在JVM中,所有被加載的類都有唯一的類對象,具體到本例,就是唯一的 ThreadTest3.class對象。不管我們創建了該類的多少實例,但是它的類實例仍然是一個!



    這樣我們就知道了:

    1、對於同步的方法或者代碼塊來說,必須獲得對象鎖才能夠進入同步方法或者代碼塊進行操作;


    2、如果采用method級別的同步,則對象鎖即為method所在的對象,如果是靜態方法,對象鎖即指method所在的
    Class對象(唯一);


    3、對於代碼塊,對象鎖即指synchronized(abc)中的abc;


    4、因為第一種情況,對象鎖即為每一個線程對象,因此有多個,所以同步失效,第二種共用同一個對象鎖lock,因此同步生效,第三個因為是
    static因此對象鎖為ThreadTest3的class 對象,因此同步生效。

    如上述正確,則同步有兩種方式,同步塊和同步方法(為什么沒有wait和notify?這個我會在補充章節中做出闡述)

    如果是同步代碼塊,則對象鎖需要編程人員自己指定,一般有些代碼為synchronized(this)只有在單態模式才生效;
    (本類的實例有且只有一個)

    如果是同步方法,則分靜態和非靜態兩種 。

    靜態方法則一定會同步,非靜態方法需在單例模式才生效,推薦用靜態方法(不用擔心是否單例)。

    所以說,在Java多線程編程中,最常見的synchronized關鍵字實際上是依靠對象鎖的機制來實現線程同步的。
    我們似乎可以聽到synchronized在向我們說:“給我一把 鎖,我能創造一個規矩”。


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