0.關(guān)于線程同步
（1）為什么需要同步多線程？
線程的同步是指讓多個(gè)運(yùn)行的線程在一起良好地協(xié)作，達(dá)到讓多線程按要求合理地占用釋放資源。我們采用Java中的同步代碼塊和同步方法達(dá)到這樣的目的。比如這樣的解決多線程無固定序執(zhí)行的問題：
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public class TwoThreadTest { public static void main(String[] args) { Thread th1= new MyThread1(); Thread th2= new MyThread2(); th1.start(); th2.start(); }}class MyThread2 extends Thread{ @Override public void run() { for( int i=0;i<10;i++) System. out.println( "thread 1 counter:"+i); }}class MyThread1 extends Thread{ @Override public void run() { for( int i=0;i<10;i++) System. out.println( "thread 2 counter:"+i); } } |
這種狀態(tài)下多線程執(zhí)行的結(jié)果是隨機(jī)地去任意插入執(zhí)行，這完全取決于JVM對于線程的調(diào)度，在很多要求定序執(zhí)行的情況下，這種隨機(jī)執(zhí)行的狀態(tài)顯然是不合要求的。
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public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { MyThread thread = new MyThread(); Thread th1= new Thread(thread); Thread th2= new Thread(thread); th1.start(); th2.start(); }}class MyThread implements Runnable{ @Override public synchronized void run() { for( int i=0;i<10;i++) System. out.println(Thread. currentThread().getName()+" counter:"+i); }} |
使用了同步方法后我們就可以控制線程獨(dú)占執(zhí)行體對象，這樣在執(zhí)行的過程中就可以使得線程將執(zhí)行體上的任務(wù)一次性執(zhí)行完后退出鎖定狀態(tài)，JVM再調(diào)度另一個(gè)線程進(jìn)來一次性運(yùn)行執(zhí)行體內(nèi)的任務(wù)。
（2）線程創(chuàng)建運(yùn)行的范式：
在以前我們也有自己的線程創(chuàng)建和運(yùn)行的編程范式，一般是定義一個(gè)執(zhí)行類重寫run()方法，但是這種方式將執(zhí)行體和執(zhí)行的任務(wù)放在了一起，從軟件工程的角度來看不利于解耦。一個(gè)線程的執(zhí)行的意思是說線程通過執(zhí)行對象執(zhí)行了某個(gè)對象的某個(gè)任務(wù)，從這個(gè)角度來說，將任務(wù)的規(guī)定者從執(zhí)行類中分離出來可以使得多線程編程的各個(gè)角色明晰出來，進(jìn)而獲得良好地解耦，以下就是線程創(chuàng)建和執(zhí)行的編程范式：
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public class FormalThreadClass { public static void main(String[] args) { Thread thread = new Thread( new MyRunnable()); thread.start(); }}class MyRunnable implements Runnable{ MyTask myTask = new MyTask(); @Override public void run() { myTask.doTask(); }}class MyTask{ public void doTask() { System. out.println( "This is real Tasking"); }} |
1. synchronized原理
在java中，每一個(gè)對象有且僅有一個(gè)同步鎖。這也意味著，同步鎖是依賴于對象而存在。
當(dāng)我們調(diào)用某對象的synchronized方法時(shí)，就獲取了該對象的同步鎖。例如，synchronized(obj)就獲取了“obj這個(gè)對象”的同步鎖。
不同線程對同步鎖的訪問是互斥的。也就是說，某時(shí)間點(diǎn)，對象的同步鎖只能被一個(gè)線程獲取到！通過同步鎖，我們就能在多線程中，實(shí)現(xiàn)對“對象/方法”的互斥訪問。 例如，現(xiàn)在有兩個(gè)線程A和線程B，它們都會訪問“對象obj的同步鎖”。假設(shè)，在某一時(shí)刻，線程A獲取到“obj的同步鎖”并在執(zhí)行一些操作；而此時(shí)，線程B也企圖獲取“obj的同步鎖” —— 線程B會獲取失敗，它必須等待，直到線程A釋放了“該對象的同步鎖”之后線程B才能獲取到“obj的同步鎖”從而才可以運(yùn)行。
2. synchronized基本規(guī)則
我們將synchronized的基本規(guī)則總結(jié)為下面3條，并通過實(shí)例對它們進(jìn)行說明。
第一條: 當(dāng)一個(gè)線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時(shí)，其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
第二條: 當(dāng)一個(gè)線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時(shí)，其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
第三條: 當(dāng)一個(gè)線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時(shí)，其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
（1）第一條：
當(dāng)一個(gè)線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時(shí)，其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。 下面是“synchronized代碼塊”對應(yīng)的演示程序。
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class MyRunable implements Runnable { @Override public void run() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } }}public class Demo1_1 { public static void main(String[] args) { Runnable demo = new MyRunable(); // 新建“Runnable對象” Thread t1 = new Thread(demo, "t1"); // 新建“線程t1”, t1是基于demo這個(gè)Runnable對象 Thread t2 = new Thread(demo, "t2"); // 新建“線程t2”, t2是基于demo這個(gè)Runnable對象 t1.start(); // 啟動(dòng)“線程t1” t2.start(); // 啟動(dòng)“線程t2” } } |
運(yùn)行結(jié)果：
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結(jié)果說明：run()方法中存在“synchronized(this)代碼塊”，而且t1和t2都是基于"demo這個(gè)Runnable對象"創(chuàng)建的線程。這就意味著，我們可以將synchronized(this)中的this看作是“demo這個(gè)Runnable對象”；因此，線程t1和t2共享“demo對象的同步鎖”。所以，當(dāng)一個(gè)線程運(yùn)行的時(shí)候，另外一個(gè)線程必須等待“運(yùn)行線程”釋放“demo的同步鎖”之后才能運(yùn)行。
如果你確認(rèn)，你搞清楚這個(gè)問題了。那我們將上面的代碼進(jìn)行修改，然后再運(yùn)行看看結(jié)果怎么樣，看看你是否會迷糊。修改后的源碼如下：
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class MyThread extends Thread { public MyThread(String name) { super(name); } @Override public void run() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } }}public class Demo1_2 { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new MyThread("t1"); // 新建“線程t1” Thread t2 = new MyThread("t2"); // 新建“線程t2” t1.start(); // 啟動(dòng)“線程t1” t2.start(); // 啟動(dòng)“線程t2” } } |
代碼說明：比較Demo1_2 和 Demo1_1，我們發(fā)現(xiàn)，Demo1_2中的MyThread類是直接繼承于Thread，而且t1和t2都是MyThread子線程。
幸運(yùn)的是，在“Demo1_2的run()方法”也調(diào)用了synchronized(this)，正如“Demo1_1的run()方法”也調(diào)用了synchronized(this)一樣！
那么，Demo1_2的執(zhí)行流程是不是和Demo1_1一樣呢？運(yùn)行結(jié)果：
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t1 loop 0t2 loop 0t1 loop 1t2 loop 1t1 loop 2t2 loop 2t1 loop 3t2 loop 3t1 loop 4t2 loop 4 |
結(jié)果說明：
如果這個(gè)結(jié)果一點(diǎn)也不令你感到驚訝，那么我相信你對synchronized和this的認(rèn)識已經(jīng)比較深刻了。否則的話，請繼續(xù)閱讀這里的分析。
synchronized(this)中的this是指“當(dāng)前的類對象”，即synchronized(this)所在的類對應(yīng)的當(dāng)前對象。它的作用是獲取“當(dāng)前對象的同步鎖”。
對于Demo1_2中，synchronized(this)中的this代表的是MyThread對象，而t1和t2是兩個(gè)不同的MyThread對象，因此t1和t2在執(zhí)行synchronized(this)時(shí)，獲取的是不同對象的同步鎖。對于Demo1_1對而言，synchronized(this)中的this代表的是MyRunable對象；t1和t2共同一個(gè)MyRunable對象，因此，一個(gè)線程獲取了對象的同步鎖，會造成另外一個(gè)線程等待。
（2）第二條：
當(dāng)一個(gè)線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時(shí)，其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
下面是“synchronized代碼塊”對應(yīng)的演示程序。
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class Count { // 含有synchronized同步塊的方法 public void synMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } // 非同步的方法 public void nonSynMethod() { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } }}public class Demo2 { public static void main(String[] args) { final Count count = new Count(); // 新建t1, t1會調(diào)用“count對象”的synMethod()方法 Thread t1 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.synMethod(); } }, "t1"); // 新建t2, t2會調(diào)用“count對象”的nonSynMethod()方法 Thread t2 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.nonSynMethod(); } }, "t2"); t1.start(); // 啟動(dòng)t1 t2.start(); // 啟動(dòng)t2 } } |
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t1 synMethod loop 0t2 nonSynMethod loop 0t1 synMethod loop 1t2 nonSynMethod loop 1t1 synMethod loop 2t2 nonSynMethod loop 2t1 synMethod loop 3t2 nonSynMethod loop 3t1 synMethod loop 4t2 nonSynMethod loop 4 |
結(jié)果說明：
主線程中新建了兩個(gè)子線程t1和t2。t1會調(diào)用count對象的synMethod()方法，該方法內(nèi)含有同步塊；而t2則會調(diào)用count對象的nonSynMethod()方法，該方法不是同步方法。t1運(yùn)行時(shí)，雖然調(diào)用synchronized(this)獲取“count的同步鎖”；但是并沒有造成t2的阻塞，因?yàn)閠2沒有用到“count”同步鎖。
（3）第三條：
當(dāng)一個(gè)線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時(shí)，其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
我們將上面的例子中的nonSynMethod()方法體的也用synchronized(this)修飾。修改后的源碼如下：
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class Count { // 含有synchronized同步塊的方法 public void synMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } // 也包含synchronized同步塊的方法 public void nonSynMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } }}public class Demo3 { public static void main(String[] args) { final Count count = new Count(); // 新建t1, t1會調(diào)用“count對象”的synMethod()方法 Thread t1 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.synMethod(); } }, "t1"); // 新建t2, t2會調(diào)用“count對象”的nonSynMethod()方法 Thread t2 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.nonSynMethod(); } }, "t2"); t1.start(); // 啟動(dòng)t1 t2.start(); // 啟動(dòng)t2 } } |
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t1 synMethod loop 0t1 synMethod loop 1t1 synMethod loop 2t1 synMethod loop 3t1 synMethod loop 4t2 nonSynMethod loop 0t2 nonSynMethod loop 1t2 nonSynMethod loop 2t2 nonSynMethod loop 3t2 nonSynMethod loop 4 |
結(jié)果說明：
主線程中新建了兩個(gè)子線程t1和t2。t1和t2運(yùn)行時(shí)都調(diào)用synchronized(this)，這個(gè)this是Count對象(count)，而t1和t2共用count。因此，在t1運(yùn)行時(shí)，t2會被阻塞，等待t1運(yùn)行釋放“count對象的同步鎖”，t2才能運(yùn)行。
3. synchronized方法 和 synchronized代碼塊
“synchronized方法”是用synchronized修飾方法，而 “synchronized代碼塊”則是用synchronized修飾代碼塊。
synchronized方法示例
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public synchronized void foo1() { System.out.println("synchronized methoed");}synchronized代碼塊public void foo2() { synchronized (this) { System.out.println("synchronized methoed"); }} |
synchronized代碼塊中的this是指當(dāng)前對象。也可以將this替換成其他對象，例如將this替換成obj，則foo2()在執(zhí)行synchronized(obj)時(shí)就獲取的是obj的同步鎖。
synchronized代碼塊可以更精確的控制沖突限制訪問區(qū)域，有時(shí)候表現(xiàn)更高效率。下面通過一個(gè)示例來演示：
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// Demo4.java的源碼public class Demo4 { public synchronized void synMethod() { for(int i=0; i<1000000; i++) ; } public void synBlock() { synchronized( this ) { for(int i=0; i<1000000; i++) ; } } public static void main(String[] args) { Demo4 demo = new Demo4(); long start, diff; start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當(dāng)前時(shí)間(millis) demo.synMethod(); // 調(diào)用“synchronized方法” diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時(shí)間差值” System.out.println("synMethod() : "+ diff); start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當(dāng)前時(shí)間(millis) demo.synBlock(); // 調(diào)用“synchronized方法塊” diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時(shí)間差值” System.out.println("synBlock() : "+ diff); }} |
(某一次)執(zhí)行結(jié)果：
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synMethod() : 11synBlock() : 3 |
4. 實(shí)例鎖 和 全局鎖
實(shí)例鎖 -- 鎖在某一個(gè)實(shí)例對象上。如果該類是單例，那么該鎖也具有全局鎖的概念。
（1）實(shí)例鎖對應(yīng)的就是synchronized關(guān)鍵字。
（2）全局鎖 -- 該鎖針對的是類，無論實(shí)例多少個(gè)對象，那么線程都共享該鎖。
全局鎖對應(yīng)的就是static synchronized（或者是鎖在該類的class或者classloader對象上）。
關(guān)于“實(shí)例鎖”和“全局鎖”有一個(gè)很形象的例子：
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pulbic class Something { public synchronized void isSyncA(){} public synchronized void isSyncB(){} public static synchronized void cSyncA(){} public static synchronized void cSyncB(){}} |
假設(shè)，Something有兩個(gè)實(shí)例x和y。分析下面4組表達(dá)式獲取的鎖的情況。
(1) x.isSyncA()與x.isSyncB()
(2) x.isSyncA()與y.isSyncA()
(3) x.cSyncA()與y.cSyncB()
(4) x.isSyncA()與Something.cSyncA()
(1) 不能被同時(shí)訪問。
因?yàn)閕sSyncA()和isSyncB()都是訪問同一個(gè)對象(對象x)的同步鎖！
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// LockTest1.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest1 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(01) x.isSyncA()與x.isSyncB() private void test1() { // 新建t11, t11會調(diào)用 x.isSyncA() Thread t11 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t11"); // 新建t12, t12會調(diào)用 x.isSyncB() Thread t12 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncB(); } }, "t12"); t11.start(); // 啟動(dòng)t11 t12.start(); // 啟動(dòng)t12 } public static void main(String[] args) { LockTest1 demo = new LockTest1(); demo.test1(); }} |
運(yùn)行結(jié)果：
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t11 : isSyncAt11 : isSyncAt11 : isSyncAt11 : isSyncAt11 : isSyncAt12 : isSyncBt12 : isSyncBt12 : isSyncBt12 : isSyncBt12 : isSyncB |
(2) 可以同時(shí)被訪問
因?yàn)樵L問的不是同一個(gè)對象的同步鎖，x.isSyncA()訪問的是x的同步鎖，而y.isSyncA()訪問的是y的同步鎖。
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// LockTest2.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest2 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(02) x.isSyncA()與y.isSyncA() private void test2() { // 新建t21, t21會調(diào)用 x.isSyncA() Thread t21 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t21"); // 新建t22, t22會調(diào)用 x.isSyncB() Thread t22 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { y.isSyncA(); } }, "t22"); t21.start(); // 啟動(dòng)t21 t22.start(); // 啟動(dòng)t22 } public static void main(String[] args) { LockTest2 demo = new LockTest2(); demo.test2(); }} |
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(3) 不能被同時(shí)訪問
因?yàn)閏SyncA()和cSyncB()都是static類型，x.cSyncA()相當(dāng)于Something.isSyncA()，y.cSyncB()相當(dāng)于Something.isSyncB()，因此它們共用一個(gè)同步鎖，不能被同時(shí)反問。
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// LockTest3.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest3 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(03) x.cSyncA()與y.cSyncB() private void test3() { // 新建t31, t31會調(diào)用 x.isSyncA() Thread t31 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.cSyncA(); } }, "t31"); // 新建t32, t32會調(diào)用 x.isSyncB() Thread t32 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { y.cSyncB(); } }, "t32"); t31.start(); // 啟動(dòng)t31 t32.start(); // 啟動(dòng)t32 } public static void main(String[] args) { LockTest3 demo = new LockTest3(); demo.test3(); }} |
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(4) 可以被同時(shí)訪問
因?yàn)閕sSyncA()是實(shí)例方法，x.isSyncA()使用的是對象x的鎖；而cSyncA()是靜態(tài)方法，Something.cSyncA()可以理解對使用的是“類的鎖”。因此，它們是可以被同時(shí)訪問的。
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// LockTest4.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest4 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA() private void test4() { // 新建t41, t41會調(diào)用 x.isSyncA() Thread t41 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t41"); // 新建t42, t42會調(diào)用 x.isSyncB() Thread t42 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { Something.cSyncA(); } }, "t42"); t41.start(); // 啟動(dòng)t41 t42.start(); // 啟動(dòng)t42 } public static void main(String[] args) { LockTest4 demo = new LockTest4(); demo.test4(); }} |
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