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。
synchronized关键字修饰一个方法的时候,该方法叫做同步方法。
synchronized方法执行完或发生异常时,会自动释放锁。
synchronized可以用来修饰普通方法(等同于synchronized(this)),静态方法(等同于synchronized(AA.class))以及同步块(synchronized(object))。
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
[java]public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Example example = new Example(); Thread t1 = new Thread1(example); Thread t2 = new Thread1(example); t1.start(); t2.start(); } } class Example { public synchronized void execute() { for (int i = 0; i < 10; ++i) { try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Hello: " + i); } } } class Thread1 extends Thread { private Example example; public Thread1(Example example) { this.example = example; } @Override public void run() { example.execute(); } }[/java]
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。
[java]public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Example example = new Example(); Thread t1 = new Thread1(example); Thread t2 = new Thread2(example); t1.start(); t2.start(); } } class Example { public synchronized void execute() { for (int i = 0; i < 20; ++i) { try { Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Hello: " + i); } } public synchronized void execute2() { for (int i = 0; i < 20; ++i) { try { Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("World: " + i); } } } class Thread1 extends Thread { private Example example; public Thread1(Example example) { this.example = example; } @Override public void run() { example.execute(); } } class Thread2 extends Thread { private Example example; public Thread2(Example example) { this.example = example; } @Override public void run() { example.execute2(); } }[/java]
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。
[java]public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Example example = new Example(); Thread t1 = new Thread1(example); // 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 example = new Example(); Thread t2 = new Thread2(example); t1.start(); t2.start(); } } class Example { public synchronized static void execute() { for (int i = 0; i <20; ++i) { try { Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Hello: " + i); } } public synchronized static void execute2() { for (int i = 0; i <20; ++i) { try { Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("World: " + i); } } } class Thread1 extends Thread { private Example example; public Thread1(Example example) { this.example = example; } @Override public void run() { Example.execute(); } } class Thread2 extends Thread { private Example example; public Thread2(Example example) { this.example = example; } @Override public void run() { Example.execute2(); } }[/java]
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:
[java]synchronized(object) { }[/java]
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。
[java]public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { Example example = new Example(); Thread t1 = new Thread1(example); Thread t2 = new Thread2(example); t1.start(); t2.start(); } } class Example { private Object object = new Object(); public void execute() { synchronized (object) { for (int i = 0; i < 20; ++i) { try { Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Hello: " + i); } } } public void execute2() { synchronized (object) { for (int i = 0; i < 20; ++i) { try { Thread.sleep((long) Math.random() * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("World: " + i); } } } } class Thread1 extends Thread { private Example example; public Thread1(Example example) { this.example = example; } @Override public void run() { example.execute(); } } class Thread2 extends Thread { private Example example; public Thread2(Example example) { this.example = example; } @Override public void run() { example.execute2(); } }[/java]
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。