Java多线程编程二（synchronized同步方法和synchronized同步代码块）

synchronized同步方法

方法内的变量为线程安全

“非线程安全”问题存在与实例变量中，如果是方法内部的私有变量，则不存在“非线程安全”问题，也就是线程安全的。

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        int count = 5;
        System.out.println("需要执行的任务");
        while (count > 0) {
            count--;
            System.out.println("由：" + Thread.currentThread().getName() + "计算，count=" + count);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread a = new Thread(myThread, "A");
        Thread b = new Thread(myThread, "B");
        Thread c = new Thread(myThread, "C");
        a.start();
        b.start();
        c.start();
        System.out.println("运行结束！");
    }
}

运行结果：

需要执行的任务
需要执行的任务
由：B计算，count=4
由：B计算，count=3
由：B计算，count=2
由：B计算，count=1
由：B计算，count=0
由：A计算，count=4
由：A计算，count=3
由：A计算，count=2
由：A计算，count=1
由：A计算，count=0
运行结束！
需要执行的任务
由：C计算，count=4
由：C计算，count=3
由：C计算，count=2
由：C计算，count=1
由：C计算，count=0

尽管打印的内容不规则，但是线程安全的。

实例变量非线程安全

如果多个线程共同访问同一个对象中的实例变量，则可能出现“非线程安全问题”。

更改上面的程序，将方法内私有变量更改为，自定义线程的私有变量。如下：

public class MyThread extends Thread {

    private int count = 5;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("需要执行的任务");
        count--;
        System.out.println("由：" + Thread.currentThread().getName() + "计算，count=" + count)；
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        Thread a = new Thread(myThread, "A");
        Thread b = new Thread(myThread, "B");
        Thread c = new Thread(myThread, "C");
        a.start();
        b.start();
        c.start();
        System.out.println("运行结束！");
    }
}

结果如下：

需要执行的任务
需要执行的任务
由：B计算，count=3
由：A计算，count=3
运行结束！
需要执行的任务
由：C计算，count=2

结果出现了非线程安全问题，假如这个是抢票，则会出现大问题了，解决此问题只需要在方法(run方法)前加上synchronized关键字即可，更改后运行结果为：

需要执行的任务
由：A计算，count=4
需要执行的任务
由：B计算，count=3
运行结束！
需要执行的任务
由：C计算，count=2

没有再出数据错误的情况，这样转换为同步方法就解决的线程安全问题。

多个对象多个锁

synchronized取得的锁都是对象锁，而不是把一段代码或方法（函数）当作锁，当多个线程同时访问同步方法时，哪个线程先执行同步方法，哪个线程就持有该方法所属对象的锁lock，其他线程只能等待持有锁的线程访问完毕，在进行争夺锁。

synchronized方法与锁对象

调用关键字synchronized声明的方法一定排队运行的，另外需要牢记“共享”两个字，只有共享资源的读写访问才需要同步化，如果不是共享的资源，就没有使用同步的必要。

线程A和线程B，如果A现持有了对象的Lock锁访问synchronized方法，那么B无法访问被此同步方法，若一定要访问此同步方法则需等待，但是B可以异步调用非synchronized类型的方法。

脏读

为了避免数据出现交叉、出错，使用synchronized关键字来进行同步，虽然在赋值的时候进行同步，但在取值的时候有可能出现一些意想不到的意外，这种情况就是脏读，发生脏读的情况是在读取实例变量时，此值已经被其他线程更改过了。解决办法就是在取值的方法上加上synchronized关键字使其成为同步方法，这样就必须等待其他一系列的操作完成后，在进行读取，这样就避免来脏读。总结：

• 当A线程调用anyObject对象加入synchronized关键字的X方法时，A线程就获得了X方法锁，更准备地讲，是获得了对象的锁，所以其他线程必须等A线程执行完才可以调用X方法，但B线程可以随意调用其他的非synchronized同步方法。
• 当A线程调用anyObject对象加入synchronized关键字的X方法时，A线程就获得了X方法所在对象的锁，所以其他线程必须等A线程执行完毕才可以调用X方法，而B线程如果调用声明了synchronized关键字的非X方法时，必须等A线程将X方法执行完，也就是释放对象锁后才可以调用。这时A线程已经执行了一个完整的任务，也就是说一些变量的赋值已经完成不存在脏读的环境了。

synchronized锁重入

关键字synchronized拥有锁重入的功能，也就是在使用synchronized时，当一个线程得到一个对象锁后，再次请求此对象锁时是可以再次得到该对象的锁的。一个synchronized方法/块的内部调用本类的其他synchronized方法/块时，是永远可以得到锁的。

出现异常锁自动释放

线程a持用对象的锁，此时发生异常则a会是释放锁，以便其他线程能够成功拿到锁来进行访问。

同步不具有继承性

同步不能继承，如果子类重写了父类的同步方法，则需要在子类的同步方法中添加synchronized关键字，否则无法同步。

同步语句块

用关键字synchronized声明方法在某些情况下是有弊端的，比如A线程调用同步方法执行了一个长时间的任务，那么B线程则必须等待较长时间。在这样的情况下就要考虑使用synchronized同步代码块来解决。

synchronized同步代码块的使用

public class MyService {

    public void serviceMethod() {
        try {
            synchronized (this) {//使用同步代码块
                System.out.println("begin time = " + new Date());
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("end   time = " + new Date());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class ThreadA extends Thread {
        private MyService myService;

        ThreadA(MyService myService) {
            this.myService = myService;
        }

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            myService.serviceMethod();
        }
    }

    static class ThreadB extends Thread {
        private MyService myService;

        ThreadB(MyService myService) {
            this.myService = myService;
        }

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            myService.serviceMethod();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyService myService = new MyService();

        MyService.ThreadA threadA = new MyService.ThreadA(myService);
        threadA.setName("a");
        threadA.start();

        MyService.ThreadB threadB = new MyService.ThreadB(myService);
        threadB.setName("b");
        threadB.start();
    }
}

运行结果为：

begin time = Tue Feb 19 13:51:49 CST 2019
end   time = Tue Feb 19 13:51:51 CST 2019
begin time = Tue Feb 19 13:51:51 CST 2019
end   time = Tue Feb 19 13:51:53 CST 2019

结果来看并未出现非线程安全问题，但是执行效率确实很低并没有提高，执行的效果还是同步运行的。

用同步代码块解决同步方法的弊端（一半同步，一半异步）

修改上面MyService中serviceMethod()方法，其他不变：

public void serviceMethod() {
    try {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("nosynchronized threadName=" + Thread.currentThread().getName() + "  i=" + (i + 1));
            Thread.sleep(1000);
        }
        synchronized (this) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("synchronized threadName=" + Thread.currentThread().getName() + "  i=" + (i + 1));
                Thread.sleep(1000);
            }
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

运行结果为：

nosynchronized threadName=a  i=1
nosynchronized threadName=b  i=1
nosynchronized threadName=a  i=2
nosynchronized threadName=b  i=2
nosynchronized threadName=b  i=3
nosynchronized threadName=a  i=3
nosynchronized threadName=b  i=4
nosynchronized threadName=a  i=4
nosynchronized threadName=b  i=5
nosynchronized threadName=a  i=5
synchronized threadName=b  i=1
synchronized threadName=b  i=2
synchronized threadName=b  i=3
synchronized threadName=b  i=4
synchronized threadName=b  i=5
synchronized threadName=a  i=1
synchronized threadName=a  i=2
synchronized threadName=a  i=3
synchronized threadName=a  i=4
synchronized threadName=a  i=5

由结果可知，当一个线程访问object的一个synchronized同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object对象中的非synchronized(this)同步代码块，有效的提高了运行效率。

synchronized代码块间的同步性

• 在使用synchronized(this)代码块时需要注意的时，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对同一个object中所有其他synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞，这说明synchronized使用的“对象监视器”是同一个。

• 和synchronized方法一样，synchronized(this)代码块是锁定当前对象的。

将任意对象作为对象监视器

多个线程调用同一个对象中的不同名称的synchronized同步方法或synchronized(this)时，调用效果就是按顺序进行，也就是同步，阻塞的。

• 无论是synchronized(this)代码块还是synchronized同步方法，同一时间只有一个线程可以执行synchronized(this)代码块中的代码或synchronized同步方法，对其他synchronized(this)代码块中的代码或synchronized同步方法的调用都是呈阻塞状态的。

Java中支持对“任意对象”作为“对象监视器”来实现同步的功能。这个对象大多是实例变量及方法中的参数，使用格式synchronized(非this对象x)

• 在多个线程持有“对象监视器”作为同一个对象时，同一时间只有一个线程可以执行synchronized(非this对象x)同步代码中的代码
• 当持有“对象监视器”为同一个对象的前提下，同一时间只有一个线程可以执行synchronized(非this对象x)同步代码中的代码
• synchronized(非this对象x)优点：在一个类中有多个synchronized方法，这时虽然能实现同步，但是会收到阻塞，所以影响效率；但如果使用synchronized(非this对象x)同步代码块，则synchronized(非this对象x)代码块中的代码和synchronized同步方法是异步的，不会和其他this锁同步方法或同步代码块争抢this锁，可以大大提高运行效率。
• synchronized(非this对象x)同步代码块中非this对象x不同时，则是异步效果不会阻塞。
• 同步代码块放在非同步synchronized方法中声明，并不能保证调用方法的线程的执行同步/顺序性，也就是线程调用方法的顺序是无序的，虽然同步块中执行的顺序是同步的，这样极容易出现脏读，使用synchronized(非this对象x)同步代码块的格式可以解决这个脏读问题。

public class MyService {

    public void serviceMethod(MyList myList, String data) {
        try {
            if (myList.getSize() < 1) {
                Thread.sleep(2000);//模拟长时间取数据
                myList.add(data);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class ThreadA extends Thread {
        private MyList myList;

        ThreadA(MyList myList) {
            this.myList = myList;
        }

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            new MyService().serviceMethod(myList, "threadA");
        }
    }

    static class ThreadB extends Thread {
        private MyList myList;

        ThreadB(MyList myList) {
            this.myList = myList;
        }

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            new MyService().serviceMethod(myList, "threadB");
        }
    }

    static class MyList {
        private List list = new ArrayList<String>();
        synchronized public void add(String data) {
            list.add(data);
        }
        synchronized public int getSize() {
            return list.size();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        MyService.MyList myList = new MyService.MyList();

        MyService.ThreadA threadA = new MyService.ThreadA(myList);
        threadA.setName("a");
        threadA.start();

        MyService.ThreadB threadB = new MyService.ThreadB(myList);
        threadB.setName("b");
        threadB.start();

        Thread.sleep(6000);
        System.out.println("listSize=" + myList.getSize());
    }
}

运行结果：

listSize=2

结果显示出现来脏读，程序脱离来我们的本意，使用synchronized(非this对象x)即可解决这个问题，代码修改如下：

//由于myList参数对象在项目中是一份实例，单例的，而且要对myList参数的getSize()方法做同步的调用，所以就对myList参数进行同步处理
//在MyServer中加入synchronized(非this对象x)：
public void serviceMethod(MyList myList, String data) {
    try {
        synchronized (myList) {
            if (myList.getSize() < 1) {
                Thread.sleep(2000);//模拟长时间取数据
                myList.add(data);
            }
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

对synchronized(非this对象x)三个结论

synchronized(非this对象x)格式的写法是将X对象本身作为“对象监视器”

• 当多个线程同时执行synchronized(非this对象x）{}同步代码块时呈同步效果
• 当其他线程执行x对象中synchronized同步方法是呈同步效果
• 当其他线程执行x对象方法里面的synchronized(this)代码块时也呈现同步效果

注意：如果其他线程调用不加synchronized关键字的方法或者同步代码块时还是异步调用

静态同步synchronized方法与synchronized(class)代码块和数据烈性String的常量池性

• 关键字synchronized还可以应用在static静态方法上，如果这样写，那是对当前的*.java文件对Class类进行持锁。它和加在非static静态方法上的和代码块的作用是一样的

• 在JVM中具有String常量缓存的功能，将synchronized(非this对象x)同步块与String联合使用时，要注意String a="AA"; String b="AA"; //由于常量池特殊性 a和b是想等的，所以在两个线程分别持有对象锁a和对象锁b时，他们其实持有的对象锁是同一个“AA”，所有在其中一个线程持有锁时，另一个线程时阻塞的无法执行相应的程序。所以在大多数的情况下，同步synchronized(非this对象x)代码块都不使用String作为锁对象。

• 同步方法容易造成死循环。无论是两个或者多个synchronized方法有关联或无关联，若其中一个synchronized方法无限执行中，就会造成其他线程的无限等待。采用synchronized同步代码块持有不同的锁类型即可解决。

• 对于class A{.....},A a=new A(),synchronized(a){}，如果此时对象锁a未释放，而其他线程调用a的同步非静态方法，则阻塞等待，直到对象锁a释放。

锁对象的更改

public class MyService {

    private String lock = "123";

    public void serviceMethod() {
        try {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " begin " + System.currentTimeMillis());
                lock = "456";
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " end " + System.currentTimeMillis());
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class ThreadA extends Thread {
        private MyService myService;

        ThreadA(MyService myService) {
            this.myService = myService;
        }

        @Override
        public void run() {
            myService.serviceMethod();
        }
    }

    static class ThreadB extends Thread {
        private MyService myService;

        ThreadB(MyService myService) {
            this.myService = myService;
        }

        @Override
        public void run() {
            myService.serviceMethod();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyService myService = new MyService();
        MyService.ThreadA threadA = new MyService.ThreadA(myService);
        threadA.setName("A");
        MyService.ThreadB threadB = new MyService.ThreadB(myService);
        threadB.setName("B");
        threadA.start();
        Thread.sleep(50);
        threadB.start();
    }
}

运行结果：

A begin 1550671515201
B begin 1550671515256
A end 1550671517203
B end 1550671517261

由于线程阻塞了50毫秒，导致ThreadB运行时持有的锁变成了“456”，而ThreadA仍然是“123”，所以两个线程呈异步。去掉睡眠50毫秒这行代码多运行几次，发现结果有时同步有时异步，并不一定，也就是说和去不去掉50毫秒的关系并不起决定行作用，只要线程ThreadB在lock变成“456”之前运行，那么结果就是同步则两个线程获取的锁都为“A”，在其之后就是异步，两个线程获取的锁分别为“123”和“456”，这也是线程运行随机性造成的。