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

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

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

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

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。