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Java多线程之synchronized关键字详解

2017-05-28 21:39:51 来源：Android开发中文站 编辑：admin 版权声明

Java多线程之synchronized关键字详解

多线程的同步机制对资源进行加锁，使得在同一个时间，只有一个线程可以进行操作，同步用以解决多个线程同时访问时可能出现的问题。

同步机制可以使用synchronized关键字实现。

当synchronized关键字修饰一个方法的时候，该方法叫做同步方法。

当synchronized方法执行完或发生异常时，会自动释放锁。

下面通过一个例子来对synchronized关键字的用法进行解析。

1，是否使用synchronized关键字的不同

  1. public class ThreadTest 
  2. { 
  3.     public static void main(String[] args) 
  4.     { 
  5.         Example example = new Example(); 
  6.  
  7.         Thread t1 = new Thread1(example); 
  8.         Thread t2 = new Thread1(example); 
  9.  
  10.         t1.start(); 
  11.         t2.start(); 
  12.     } 
  13.  
  14. } 
  15.  
  16. class Example 
  17. { 
  18.     public synchronized void execute() 
  19.     { 
  20.         for (int i = 0; i < 10; ++i) 
  21.         { 
  22.             try 
  23.             { 
  24.                 Thread.sleep(500); 
  25.             } 
  26.             catch (InterruptedException e) 
  27.             { 
  28.                 e.printStackTrace(); 
  29.             } 
  30.             System.out.println("Hello: " + i); 
  31.         } 
  32.     } 
  33.  
  34. } 
  35.  
  36. class Thread1 extends Thread 
  37. { 
  38.     private Example example; 
  39.  
  40.     public Thread1(Example example) 
  41.     { 
  42.         this.example = example; 
  43.     } 
  44.  
  45.     @Override 
  46.     public void run() 
  47.     { 
  48.         example.execute(); 
  49.     } 
  50.  
  51. } 

是否在execute()方法前加上synchronized关键字，这个例子程序的执行结果会有很大的不同。

如果不加synchronized关键字，则两个线程同时执行execute()方法，输出是两组并发的。

如果加上synchronized关键字，则会先输出一组0到9，然后再输出下一组，说明两个线程是顺次执行的。

2.多个方法的多线程情况

将程序改动一下，Example类中再加入一个方法execute2()。

之后再写一个线程类Thread2，Thread2中的run()方法执行的是execute2()。Example类中的两个方法都是被synchronized关键字修饰的。

  1. public class ThreadTest 
  2. { 
  3.     public static void main(String[] args) 
  4.     { 
  5.         Example example = new Example(); 
  6.  
  7.         Thread t1 = new Thread1(example); 
  8.         Thread t2 = new Thread2(example); 
  9.  
  10.         t1.start(); 
  11.         t2.start(); 
  12.     } 
  13.  
  14. } 
  15.  
  16. class Example 
  17. { 
  18.     public synchronized void execute() 
  19.     { 
  20.         for (int i = 0; i < 20; ++i) 
  21.         { 
  22.             try 
  23.             { 
  24.                 Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); 
  25.             } 
  26.             catch (InterruptedException e) 
  27.             { 
  28.                 e.printStackTrace(); 
  29.             } 
  30.             System.out.println("Hello: " + i); 
  31.         } 
  32.     } 
  33.  
  34.     public synchronized void execute2() 
  35.     { 
  36.         for (int i = 0; i < 20; ++i) 
  37.         { 
  38.             try 
  39.             { 
  40.                 Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); 
  41.             } 
  42.             catch (InterruptedException e) 
  43.             { 
  44.                 e.printStackTrace(); 
  45.             } 
  46.             System.out.println("World: " + i); 
  47.         } 
  48.     } 
  49.  
  50. } 
  51.  
  52. class Thread1 extends Thread 
  53. { 
  54.     private Example example; 
  55.  
  56.     public Thread1(Example example) 
  57.     { 
  58.         this.example = example; 
  59.     } 
  60.  
  61.     @Override 
  62.     public void run() 
  63.     { 
  64.         example.execute(); 
  65.     } 
  66.  
  67. } 
  68.  
  69. class Thread2 extends Thread 
  70. { 
  71.     private Example example; 
  72.  
  73.     public Thread2(Example example) 
  74.     { 
  75.         this.example = example; 
  76.     } 
  77.  
  78.     @Override 
  79.     public void run() 
  80.     { 
  81.         example.execute2(); 
  82.     } 
  83.  
  84. } 

如果去掉synchronized关键字，则两个方法并发执行，并没有相互影响。

但是如例子程序中所写，即便是两个方法：

执行结果永远是执行完一个线程的输出再执行另一个线程的。

说明：

如果一个对象有多个synchronized方法，某一时刻某个线程已经进入到了某个synchronized方法，那么在该方法没有执行完毕前，其他线程是无法访问该对象的任何synchronized方法的。

结论：

当synchronized关键字修饰一个方法的时候，该方法叫做同步方法。

Java中的每个对象都有一个锁(lock)，或者叫做监视器(monitor)，当一个线程访问某个对象的synchronized方法时，将该对象上锁，其他任何线程都无法再去访问该对象的synchronized方法了(这里是指所有的同步方法，而不仅仅是同一个方法)，直到之前的那个线程执行方法完毕后(或者是抛出了异常)，才将该对象的锁释放掉，其他线程才有可能再去访问该对象的synchronized方法。

注意这时候是给对象上锁，如果是不同的对象，则各个对象之间没有限制关系。

尝试在代码中构造第二个线程对象时传入一个新的Example对象，则两个线程的执行之间没有什么制约关系。

3.考虑静态的同步方法

当一个synchronized关键字修饰的方法同时又被static修饰，之前说过，非静态的同步方法会将对象上锁，但是静态方法不属于对象，而是属于类，它会将这个方法所在的类的Class对象上锁。

一个类不管生成多少个对象，它们所对应的是同一个Class对象。

  1. public class ThreadTest 
  2. { 
  3.     public static void main(String[] args) 
  4.     { 
  5.         Example example = new Example(); 
  6.  
  7.         Thread t1 = new Thread1(example); 
  8.  
  9.         // 此处即便传入不同的对象，静态方法同步仍然不允许多个线程同时执行 
  10.         example = new Example(); 
  11.  
  12.         Thread t2 = new Thread2(example); 
  13.  
  14.         t1.start(); 
  15.         t2.start(); 
  16.     } 
  17.  
  18. } 
  19.  
  20. class Example 
  21. { 
  22.     public synchronized static void execute() 
  23.     { 
  24.         for (int i = 0; i < 20; ++i) 
  25.         { 
  26.             try 
  27.             { 
  28.                 Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); 
  29.             } 
  30.             catch (InterruptedException e) 
  31.             { 
  32.                 e.printStackTrace(); 
  33.             } 
  34.             System.out.println("Hello: " + i); 
  35.         } 
  36.     } 
  37.  
  38.     public synchronized static void execute2() 
  39.     { 
  40.         for (int i = 0; i < 20; ++i) 
  41.         { 
  42.             try 
  43.             { 
  44.                 Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); 
  45.             } 
  46.             catch (InterruptedException e) 
  47.             { 
  48.                 e.printStackTrace(); 
  49.             } 
  50.             System.out.println("World: " + i); 
  51.         } 
  52.     } 
  53.  
  54. } 
  55.  
  56. class Thread1 extends Thread 
  57. { 
  58.     private Example example; 
  59.  
  60.     public Thread1(Example example) 
  61.  
  62.     { 
  63.         this.example = example; 
  64.     } 
  65.  
  66.     @Override 
  67.     public void run() 
  68.     { 
  69.         Example.execute(); 
  70.     } 
  71.  
  72. } 
  73.  
  74. class Thread2 extends Thread 
  75. { 
  76.     private Example example; 
  77.  
  78.     public Thread2(Example example) 
  79.     { 
  80.         this.example = example; 
  81.     } 
  82.  
  83.     @Override 
  84.     public void run() 
  85.     { 
  86.         Example.execute2(); 
  87.     } 
  88.  
  89. } 

所以如果是静态方法的情况(execute()和execute2()都加上static关键字)，即便是向两个线程传入不同的Example对象，这两个线程仍然是互相制约的，必须先执行完一个，再执行下一个。

结论：

如果某个synchronized方法是static的，那么当线程访问该方法时，它锁的并不是synchronized方法所在的对象，而是synchronized方法所在的类所对应的Class对象。Java中，无论一个类有多少个对象，这些对象会对应唯一一个Class对象，因此当线程分别访问同一个类的两个对象的两个static，synchronized方法时，它们的执行顺序也是顺序的，也就是说一个线程先去执行方法，执行完毕后另一个线程才开始。

4. synchronized块

synchronized块写法：

synchronized(object)

{

}

表示线程在执行的时候会将object对象上锁。(注意这个对象可以是任意类的对象，也可以使用this关键字)。

这样就可以自行规定上锁对象。

  1. public class ThreadTest 
  2. { 
  3.     public static void main(String[] args) 
  4.     { 
  5.         Example example = new Example(); 
  6.  
  7.         Thread t1 = new Thread1(example); 
  8.         Thread t2 = new Thread2(example); 
  9.  
  10.         t1.start(); 
  11.         t2.start(); 
  12.     } 
  13.  
  14. } 
  15.  
  16. class Example 
  17. { 
  18.     private Object object = new Object(); 
  19.  
  20.     public void execute() 
  21.     { 
  22.         synchronized (object) 
  23.         { 
  24.             for (int i = 0; i < 20; ++i) 
  25.             { 
  26.                 try 
  27.                 { 
  28.                     Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); 
  29.                 } 
  30.                 catch (InterruptedException e) 
  31.                 { 
  32.                     e.printStackTrace(); 
  33.                 } 
  34.                 System.out.println("Hello: " + i); 
  35.             } 
  36.  
  37.         } 
  38.  
  39.     } 
  40.  
  41.     public void execute2() 
  42.     { 
  43.         synchronized (object) 
  44.         { 
  45.             for (int i = 0; i < 20; ++i) 
  46.             { 
  47.                 try 
  48.                 { 
  49.                     Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); 
  50.                 } 
  51.                 catch (InterruptedException e) 
  52.                 { 
  53.                     e.printStackTrace(); 
  54.                 } 
  55.                 System.out.println("World: " + i); 
  56.             } 
  57.  
  58.         } 
  59.  
  60.     } 
  61.  
  62. } 
  63.  
  64. class Thread1 extends Thread 
  65. { 
  66.     private Example example; 
  67.  
  68.     public Thread1(Example example) 
  69.     { 
  70.         this.example = example; 
  71.     } 
  72.  
  73.     @Override 
  74.     public void run() 
  75.     { 
  76.         example.execute(); 
  77.     } 
  78.  
  79. } 
  80.  
  81. class Thread2 extends Thread 
  82. { 
  83.     private Example example; 
  84.  
  85.     public Thread2(Example example) 
  86.     { 
  87.         this.example = example; 
  88.     } 
  89.  
  90.     @Override 
  91.     public void run() 
  92.     { 
  93.         example.execute2(); 
  94.     } 
  95.  
  96. } 

例子程序4所达到的效果和例子程序2的效果一样，都是使得两个线程的执行顺序进行，而不是并发进行，当一个线程执行时，将object对象锁住，另一个线程就不能执行对应的块。

synchronized方法实际上等同于用一个synchronized块包住方法中的所有语句，然后在synchronized块的括号中传入this关键字。当然，如果是静态方法，需要锁定的则是class对象。

可能一个方法中只有几行代码会涉及到线程同步问题，所以synchronized块比synchronized方法更加细粒度地控制了多个线程的访问，只有synchronized块中的内容不能同时被多个线程所访问，方法中的其他语句仍然可以同时被多个线程所访问(包括synchronized块之前的和之后的)。

注意：被synchronized保护的数据应该是私有的。

结论：

synchronized方法是一种粗粒度的并发控制，某一时刻，只能有一个线程执行该synchronized方法;

synchronized块则是一种细粒度的并发控制，只会将块中的代码同步，位于方法内、synchronized块之外的其他代码是可以被多个线程同时访问到的。

JDK 5.0的并发包

使用synchronized关键字解决线程的同步问题会带来一些执行效率上的问题。

JDK1.4及之前是无法避免这些问题的。

JDK 5.0引入了这样一个包：java.util.concurrent：

http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/package-frame.html

专门解决这一问题。

限于篇幅，这里不再介绍。


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