实例解析Java中的synchronized关键字与线程安全问题

首先来回顾一下synchronized的基本使用:

  • synchronized代码块,被修饰的代码成为同步语句块,其作用的范围是调用这个代码块的对象,我们在用synchronized关键字的时候,能缩小代码段的范围就尽量缩小,能在代码段上加同步就不要再整个方法上加同步。这叫减小锁的粒度,使代码更大程度的并发。
  • synchronized方法,被修饰的方法成为同步方法,其作用范围是整个方法,作用对象是调用这个方法的对象。
  • synchronized静态方法,修饰一个static静态方法,其作用范围是整个静态方法,作用对象是这个类的所有对象。
  • synchronized类,其作用范围是Synchronized后面括号括起来的部分synchronized(className.class),作用的对象是这个类的所有对象。
  • synchronized()  ()中是锁住的对象, synchronized(this)锁住的只是对象本身,同一个类的不同对象调用的synchronized方法并不会被锁住,而synchronized(className.class)实现了全局锁的功能,所有这个类的对象调用这个方法都受到锁的影响,此外()中还可以添加一个具体的对象,实现给具体对象加锁。
synchronized (object) {
 //在同步代码块中对对象进行操作
}

synchronized关键字与线程安全
以为用了synchronized关键字包住了代码就可以线程同步安全了。测试了下。发现是完全的错了。synchronized必须正确的使用才是真正的线程安全。。。虽然知道这种写法,一直以为却由于懒而用了错误的方法。
看来基础还没有打好。仍需复习加强!工作中犯这种错误是不可原谅的,要知道使用synchronized关键字的地方都是数据敏感的!汗一把。。。
先贴代码:

package com; 

public class ThreadTest {
 public static void main(String[] args) {
  MyThread m1 = new MyThread(1);
  MyThread m2 = new MyThread(2);
  m1.start();
  m2.start();
 }
} 

final class MyThread extends Thread {
 private int val; 

 public MyThread(int v) {
  val = v;
 }
 //这种做法其实是非线程安全的
 public synchronized void print1(int v) {
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
   System.out.print(v);
  }
 } 

 public void print2(int v) {
  //线程安全
  synchronized (MyThread.class) {
   for (int i = 0; i < 100; i++) {
    System.out.print(v);
   }
  }
 } 

 public void run() {
  print1(val);
  // print2(val);
 }
}

还是为了偷懒,汗一把。。。程序员总是懒的吧。能少写就少写。我把MyThread写成了一个匿名的最终的内部类,方便调用。它用了最直接的继承Thread来实现一个线程类,定义需要运行的run()方法。
首先注释了print2()方法,看看print1()的结果如何。print1()是一个使用了synchronized关键字定义的方法,我一直以为这样也可以实现线程安全。殊不知,我错了。
我们来直接运行main()方法。控制台打印结果如下:

复制代码 代码如下:

1212111121212121212121212121212121212121222222212121212。。。

是一连串1和2交叉打印的结果。而我main方法中是先运行m1再运行m2的,显示没有做到线程同步!

MyThread m1 = new MyThread(1);
MyThread m2 = new MyThread(2);
m1.start();
m2.start();

接下来我们注释掉run方法中的print1(),运行print2();
控制台打印如下:

复制代码 代码如下:

11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111112222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

线程果然是安全了,一直以为也知道这种写法,但由于这种写法代码稍微多点也就没怎么考虑,今天才意识到这种错误。看来有时候不懒还是有好处的。打好基础很重要。纠正的长期以来的一个错误。

下面我们来看看具体原因。

synchronized关键字可以作为函数的修饰符,也可作为函数内的语句,也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类,synchronized可作用于instance变量、object reference(对象引用)、static函数和class literals(类名称字面常量)身上。
在进一步阐述之前,我们需要明确几点:
A.无论synchronized关键字加在方法上还是对象上,它取得的锁都是对象,而不是把一段代码或函数当作锁――而且同步方法很可能还会被其他线程的对象访问。
B.每个对象只有一个锁(lock)与之相关联。
C.实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制。
接着来讨论synchronized用到不同地方对代码产生的影响:
假设P1、P2是同一个类的不同对象,这个类中定义了以下几种情况的同步块或同步方法,P1、P2就都可以调用它们。
1. 把synchronized当作函数修饰符时,示例代码如下:

Public synchronized void methodAAA()
{
//….
}

这也就是同步方法,那这时synchronized锁定的是哪个对象呢?它锁定的是调用这个同步方法对象。也就是说,当一个对象P1在不同的线程中执行这个同步方法时,它们之间会形成互斥,达到同步的效果。但是这个对象所属的Class所产生的另一对象P2却可以任意调用这个被加了synchronized关键字的方法。
上边的示例代码等同于如下代码:

public void methodAAA()
{
synchronized (this) // (1)
{
//…..
}
}

(1)处的this指的是什么呢?它指的就是调用这个方法的对象,如P1。可见同步方法实质是将synchronized作用于object reference。――那个拿到了P1对象锁的线程,才可以调用P1的同步方法,而对P2而言,P1这个锁与它毫不相干,程序也可能在这种情形下摆脱同步机制的控制,造成数据混乱!

2.同步块,示例代码如下:

public void method3(SomeObject so)
{
synchronized(so)
{
//…..
}
} 

这时,锁就是so这个对象,谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时,就可以这样写程序,但当没有明确的对象作为锁,只是想让一段代码同步时,可以创建一个特殊的instance变量(它得是一个对象)来充当锁:

class Foo implements Runnable
{
private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance变量
Public void methodA()
{
synchronized(lock) { //… }
}
//…..
}

注:零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码:生成零长度的byte[]对象只需3条操作码,而Object lock = new Object()则需要7行操作码。
3.将synchronized作用于static 函数,示例代码如下:

Class Foo
{
public synchronized static void methodAAA() // 同步的static 函数
{
//….
}
public void methodBBB()
{
synchronized(Foo.class) // class literal(类名称字面常量)
}
}

代码中的methodBBB()方法是把class literal作为锁的情况,它和同步的static函数产生的效果是一样的,取得的锁很特别,是当前调用这个方法的对象所属的类(Class,而不再是由这个Class产生的某个具体对象了)。
记得在《Effective Java》一书中看到过将 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步锁还不一样,不能用P1.getClass()来达到锁这个Class的目的。P1指的是由Foo类产生的对象。
可以推断:如果一个类中定义了一个synchronized的static函数A,也定义了一个synchronized 的instance函数B,那么这个类的同一对象Obj在多线程中分别访问A和B两个方法时,不会构成同步,因为它们的锁都不一样。A方法的锁是Obj这个对象,而B的锁是Obj所属的那个Class。
小结如下:
搞清楚synchronized锁定的是哪个对象,就能帮助我们设计更安全的多线程程序。
还有一些技巧可以让我们对共享资源的同步访问更加安全:
1.定义private 的instance变量+它的 get方法,而不要定义public/protected的instance变量。如果将变量定义为public,对象在外界可以绕过同步方法的控制而直接取得它,并改动它。这也是JavaBean的标准实现方式之一。
2.如果instance变量是一个对象,如数组或ArrayList什么的,那上述方法仍然不安全,因为当外界对象通过get方法拿到这个instance对象的引用后,又将其指向另一个对象,那么这个private变量也就变了,岂不是很危险。这个时候就需要将get方法也加上synchronized同步,并且,只返回这个private对象的clone()――这样,调用端得到的就是对象副本的引用了。

总结一些synchronized注意事项:

  • 当两个并发线程访问同一个对象中的synchronized代码块时,在同一时刻只能有一个线程得到执行,另一个线程受阻塞,必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。两个线程间是互斥的,因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象,只有执行完该代码块才能释放该对象锁,下一个线程才能执行并锁定该对象。
  • 当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。(两个线程使用的是同一个对象)
  • 当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时,其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞(同上,两个线程使用的是同一个对象)。
时间: 2016-06-13

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