引言
高并发环境下，多线程可能需要同时访问一个资源，并交替执行非原子性的操作，很容易出现最终结果与期望值相违背的情况，或者直接引发程序错误。
举个简单示例，存在一个初始静态变量count=0，两个线程分别对count进行100000次加1操作，期望的结果是200000，实际是这样的吗？写个程序跑下看看：
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public class CountWithoutSyn {
private volatile static int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
// 启动线程A new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for(int i=0; i<100000; i++){ count++; } countDownLatch.countDown(); } }).start();
// 启动线程B new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for(int i=0; i<100000; i++){ count++; } countDownLatch.countDown(); } }).start();
// main线程等待线程A和B计算完毕 countDownLatch.await();
// main线程打印结果 System.out.println("count: " + CountWithoutSyn.count); }
}
|
多次运行上述程序，会发现最终结果可能出现不是200000的情况，如：
123 |
count: 150218 Process finished with exit code 0 |
之所以出现这种情况的原因是，count++不是一个原子性的操作，所谓原子性，说的就是操作不可分割。
count++分为3个步骤：
- 从内存读取count的值；
- 对count值执行+1操作；
- 将count的值写回内存；
比如当前count累加到了101，此时，线程A和B同时拿到了count的值为101，线程A对count加1后将102写回内存，同时线程B也对count加1后将102写回内存，而实际结果应该为103，所以丢失了1次更新。
故高并发环境下，多线程同时对共享变量执行非原子的操作，很容易出现丢失更新的问题。
解决办法很简单，将整个非原子的操作加锁，从而变成原子性的操作就可以了。
Java加锁的方式主要有2种，synchronnized关键字和Lock接口。
下面分别阐述这两种方式，本文先讲解synchronnized。
synchronized
在Java中，每一个对象都有一个锁标记(monitor)，也称之为监视器，多线程同时访问某个对象时，线程只有获取了该对象的锁才能访问。
该锁属于典型的互斥锁，即一旦一个线程获取到锁之后，其他线程只能等待。
synchronize关键字可以标记方法或者代码块，当某个线程调用该对象的synchronize方法或者访问synchronize代码块时，该线程便获得了该对象的锁，其他线程暂时无法访问这个方法，只有等待这个方法执行完毕或者代码块执行完毕，该线程才会释放该对象的锁，其他线程才能执行这个方法或者代码块。
对引言中的程序通过synchronized来进行改造：
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344 |
public class CountWithSyn {
private volatile static int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
Object lock = new Object();
// 启动线程A new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { synchronized (lock){ for(int i=0; i<100000; i++){ count++; } } countDownLatch.countDown(); } }).start();
// 启动线程B new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { synchronized (lock){ for(int i=0; i<100000; i++){ count++; } } countDownLatch.countDown(); } }).start();
大专栏 Java的锁机制--synchronsized关键字ne"> // main线程等待线程A和B计算完毕 countDownLatch.await();
// main线程打印结果 System.out.println("count: " + CountWithSyn.count); }
}
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多次运行该程序，其结果均是:
123 |
count: 200000 Process finished with exit code 0 |
synchronized代码块使用起来比synchronized方法要灵活得多。因为也许一个方法中只有一部分代码只需要同步，如果此时对整个方法用synchronized进行同步，会影响程序执行效率。而使用synchronized代码块就可以避免这个问题，synchronized代码块可以实现只对需要同步的地方进行同步。
因为上述程序的非原子操作仅是count++，所以synchronized仅修饰count++即可实现线程安全。
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344 |
public class CountWithSyn {
private volatile static int count = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
Object lock = new Object();
// 启动线程A new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for(int i=0; i<100000; i++){ synchronized (lock){ count++; }
} countDownLatch.countDown(); } }).start();
// 启动线程B new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for(int i=0; i<100000; i++){ synchronized (lock){ count++; } } countDownLatch.countDown(); } }).start();
// main线程等待线程A和B计算完毕 countDownLatch.await();
// main线程打印结果 System.out.println("count: " + CountWithSyn.count); }}
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需要注意的是：
- 当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其他线程不能访问该对象的其他synchronized方法。这个原因很简单，因为一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，所以无法访问该对象的其他synchronized方法。
- 当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其他线程能访问该对象的非synchronized方法。这个原因很简单，访问非synchronized方法不需要获得该对象的锁，假如一个方法没用synchronized关键字修饰，说明它不会使用到临界资源，那么其他线程是可以访问这个方法的，
- 如果一个线程A需要访问对象object1的synchronized方法fun1，另外一个线程B需要访问对象object2的synchronized方法fun1，即使object1和object2是同一类型），也不会产生线程安全问题，因为他们访问的是不同的对象，所以不存在互斥问题。
那么，synchronized关键字底层是如何实现的呢？反编译它的字节码看一下，如下述代码的字节码为：
123456789101112131415161718 |
public class SynCode {
private Object lock = new Object();
public void method1(){ synchronized (lock){
} }
public synchronized void method2(){
}
public void method3(){
}}
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从反编译获得的字节码可以看出，synchronized代码块实际上多了monitorenter和monitorexit两条指令。monitorenter指令执行时会让对象的锁计数加1，而monitorexit指令执行时会让对象的锁计数减1，其实这个与操作系统里面的PV操作很像，操作系统里面的PV操作就是用来控制多个线程对临界资源的访问。
对于synchronized方法，执行中的线程识别该方法的method_info结构是否有ACC_SYNCHRONIZED标记设置，然后它自动获取对象的锁，调用方法，最后释放锁。如果有异常发生，线程自动释放锁。
对于synchronized方法或者synchronized代码块，当出现异常时，JVM会自动释放当前线程占用的锁，因此不会由于异常导致出现死锁现象。
参考文献：
- https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3923737.html
- https://www.cnblogs.com/shixm/p/5490026.html
- https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/9140541.html
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原文地址：https://www.cnblogs.com/lijianming180/p/12099650.html