Java并发编程之内置锁(synchronized)

小灰灰 2021-07-25 01:27 480阅读 0赞

synchronized在JDK5.0的早期版本中是重量级锁，效率很低，但从JDK6.0开始，JDK在关键字synchronized上做了大量的优化，如偏向锁、轻量级锁等，使它的效率有了很大的提升。

synchronized的作用是实现线程间的同步，当多个线程都需要访问共享代码区域时，对共享代码区域进行加锁，使得每一次只能有一个线程访问共享代码区域，从而保证线程间的安全性。

因为没有显式的加锁和解锁过程，所以称之为隐式锁，也叫作内置锁、监视器锁。

如下实例，在没有使用synchronized的情况下，多个线程访问共享代码区域时，可能会出现与预想中不同的结果。

public class Apple implements Runnable { 
     private int appleCount = 5;
     
     @Override
     public void run() { 
      eatApple();
     }
     
     public void eatApple(){ 
      appleCount--;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
     }
     
     public static void main(String[] args) { 
      Apple apple = new Apple();
      Thread t1 = new Thread(apple, "小强");
      Thread t2 = new Thread(apple, "小明");
      Thread t3 = new Thread(apple, "小花");
      Thread t4 = new Thread(apple, "小红");
      Thread t5 = new Thread(apple, "小黑");
      t1.start();
      t2.start();
      t3.start();
      t4.start();
      t5.start();
     }
    }

可能会输出如下结果：

> 小强吃了一个苹果，还剩3个苹果  
> 小黑吃了一个苹果，还剩3个苹果  
> 小明吃了一个苹果，还剩2个苹果  
> 小花吃了一个苹果，还剩1个苹果  
> 小红吃了一个苹果，还剩0个苹果

输出结果异常的原因是eatApple方法里操作不是原子的，如当A线程完成appleCount的赋值，还没有输出，B线程获取到appleCount的最新值，并完成赋值操作，然后A和B同时输出。（A，B线程分别对应小黑、小强）

如果改下eatApple方法如下，还会不会有线程安全问题呢？

public void eatApple(){ 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + --appleCount + "个苹果");
    }
    //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天

还是会有的，因为–appleCount不是原子操作，–appleCount可以用另外一种写法表示：appleCount = appleCount - 1，还是有可能会出现以上的异常输出结果。

**synchronized的使用**  
synchronized分为同步方法和同步代码块两种用法，当每个线程访问同步方法或同步代码块区域时，首先需要获得对象的锁，抢到锁的线程可以继续执行，抢不到锁的线程则阻塞，等待抢到锁的线程执行完成后释放锁。

**1.同步代码块**

锁的对象是object：

public class Apple implements Runnable { 
     private int appleCount = 5;
     private Object object = new Object();
     
     @Override
     public void run() { 
      eatApple();
     }
     
     public void eatApple(){ 
        //同步代码块，此时锁的对象是object
      synchronized (object) { 
       appleCount--;
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
      }
     }
     
      //...省略main方法
    }

**2.同步方法，修饰普通方法**

锁的对象是当前类的实例对象：

public class Apple implements Runnable { 
     private int appleCount = 5;
     
     @Override
     public void run() { 
      eatApple();
     }
     
     public synchronized void eatApple() { 
      appleCount--;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
     }
     
     //...省略main方法
    }

等价于以下同步代码块的写法：

public void eatApple() { 
        synchronized (this) { 
            appleCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
        }
    }

**3.同步方法，修饰静态方法**

锁的对象是当前类的class对象：

public class Apple implements Runnable { 
     private static int appleCount = 5;
     
     @Override
     public void run() { 
      eatApple();
     }
     
     public synchronized static void eatApple() { 
      appleCount--;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
     }
     
     //...省略main方法
    }

等价于以下同步代码块的写法：

public static void eatApple() { 
        synchronized (Apple.class) { 
            appleCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
        }
    }

**4.同步方法和同步代码块的区别**

a.同步方法锁的对象是当前类的实例对象或者当前类的class对象，而同步代码块锁的对象可以是任意对象。

b.同步方法是使用synchronized修饰方法，而同步代码块是使用synchronized修饰共享代码区域。同步代码块相对于同步方法来说粒度更细，锁的区域更小，一般锁范围越小效率就越高。如下情况显然同步代码块更适用：

public static void eatApple() { 
        //不需要同步的耗时操作1
        //...
        synchronized (Apple.class) { 
            appleCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
        }
        //不需要同步的耗时操作2
        //...
    }

**内置锁的可重入性**

内置锁的可重入性是指当某个线程试图获取一个它已经持有的锁时，它总是可以获取成功。如下：

public static void eatApple() { 
        synchronized (Apple.class) { 
            synchronized (Apple.class) { 
                synchronized (Apple.class) { 
                    appleCount--;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
                }
            }
        }
    }

如果锁不是可重入的，那么假如某线程持有了该锁，然后又需要等待持有该锁的线程释放锁，这不就造成死锁了吗？

**synchronized可以被继承吗？**

synchronized不可以被继承，如果子类中重写后的方法需要实现同步，则需要手动添加synchronized关键字。

public class AppleParent { 
     public synchronized void eatApple(){ 
     
     }
    }
     
    public class Apple extends AppleParent implements Runnable { 
     private int appleCount = 5;
     
     @Override
     public void run() { 
      eatApple();
     }
     
     @Override
     public void eatApple() { 
      appleCount--;
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了一个苹果，还剩" + appleCount + "个苹果");
     }
     
     //...省略main方法
    }

**基于内置锁的等待和唤醒**  
基于内置锁的等待和唤醒是使用Object类中的wait()和notify()或notifyAll()来实现的。这些方法的调用前提是已经持有对应的锁，所以只能在同步方法或者同步代码块里调用。如果在没有获取到对应锁的情况下调用则会抛出IllegalMonitorStateException异常。下面介绍下相关的几个方法：

`wait()`：使当前线程无限期地等待，直到另一个线程调用notify()或notifyAll()。

`wait(long timeout)：`指定一个超时时间，超时时间过后线程将会被自动唤醒。线程也可以在超时时间之前被notify()或notifyAll()唤醒。注意，wait(0)等同于调用wait()。

wait(long timeout, int nanos)：类似于wait(long timeout)，主要区别是wait(long timeout, int nanos)提供了更高的精度。

`notify()：`随机唤醒一个在相同锁对象上等待的线程。

`notifyAll()：`唤醒所有在相同锁对象上等待的线程。

一个简单的等待唤醒实例：

public class Apple { 
     //苹果数量
     private int appleCount = 0;
     
    //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天
     /** * 买苹果 */
     public synchronized void getApple() { 
      try { 
       while (appleCount != 0) { 
        wait();
       }
      } catch (InterruptedException ex) { 
       ex.printStackTrace();
      }
     
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "买了5个苹果");
      appleCount = 5;
      notify();
     }
    //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天
     
     /** * 吃苹果 */
     public synchronized void eatApple() { 
      try { 
       while (appleCount == 0) { 
        wait();
       }
      } catch (InterruptedException ex) { 
       ex.printStackTrace();
      }
     
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "吃了1个苹果");
      appleCount--;
      notify();
     }
    }

/** * 生产者，买苹果 */
    public class Producer extends Thread{ 
     private Apple apple;
     
     public Producer(Apple apple, String name){ 
      super(name);
      this.apple = apple;
     }
     
     @Override
     public void run(){ 
      while (true)
      apple.getApple();
     }
    }
     
    //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天
    /** * 消费者，吃苹果 */
    public class Consumer extends Thread{ 
     private Apple apple;
     
     public Consumer(Apple apple, String name){ 
      super(name);
      this.apple = apple;
     }
     
     @Override
     public void run(){ 
      while (true)
      apple.eatApple();
     }
    }

public class Demo { 
     public static void main(String[] args) { 
      Apple apple = new Apple();
      Producer producer = new Producer(apple,"小明");
      Consumer consumer = new Consumer(apple, "小红");
      producer.start();
      consumer.start();
     }
    }
    //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天

输出结果：

> 小明买了5个苹果  
> 小红吃了1个苹果  
> 小红吃了1个苹果  
> 小红吃了1个苹果  
> 小红吃了1个苹果  
> 小红吃了1个苹果  
> 小明买了5个苹果  
> 小红吃了1个苹果  
> …  
> \]  
> ![image][]

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