Java多线程编程中synchronized关键字的基础用法讲解

多线程编程中,最关键、最关心的问题应该就是同步问题,这是一个难点,也是核心。
从jdk最早的版本的synchronized、volatile,到jdk 1.5中提供的java.util.concurrent.locks包中的Lock接口(实现有ReadLock,WriteLock,ReentrantLock),多线程的实现也是一步步走向成熟化。
 
同步,它是通过什么机制来控制的呢?第一反应就是锁,这个在学习操作系统与数据库的时候,应该都已经接触到了。在Java的多线程程序中,当多个程序竞争同一个资源时,为了防止资源的腐蚀,给第一个访问资源的线程分配一个对象锁,而后来者需要等待这个对象锁的释放。
 
是的,Java线程的同步,最关心的是共享资源的使用。
 
先来了解一些有哪些线程的共享资源,
从JVM中了解有哪些线程共享的数据是需要进行协调:
1,保存在堆中的实例变量;2,保存在方法区的类变量。
 
而在Java虚拟机加载类的时候,每个对象或类都会与一个监视器相关联,用来保护对象的实例变量或类变量;当然,如果对象没有实例变量,或类没有变量,监视器就什么也不监视了。
 
为了实现上面的说的监视器的互斥性,虚拟机为每一个对象或类都关联了一个锁(也叫隐形锁),这里说明一下,类锁也是通过对象锁来实现的,因为在类加载的时候,JVM会为每一个类创建一个java.lang.Class的一个实例;所以当锁对对象的时候,也就锁住这个类的类对象。
 
另外,一个线程是可以对一个对象进行多次上锁,也就对应着多次释放;它是通过JVM为每个对象锁提供的lock计算器,上一次锁,就加1,对应的减1,当计算器的值为0时,就释放。这个对象锁是JVM内部的监视器使用的,也是由JVM自动生成的,所有程序猿就不用自己动手来加了。
 
介绍完java的同步原理后,我们进入正题,先来说说synchronized的使用,而其它的同步,将在后面的章节中介绍。
 
先来运行一个例子试试。

package thread_test; 

/**
 * 测试扩展Thread类实现的多线程程序
 *
 */
public class TestThread extends Thread{
  private int threadnum; 

  public TestThread(int threadnum) {
    this.threadnum = threadnum;
  } 

  @Override
  public synchronized void run() {
    for(int i = 0;i<1000;i++){
          System.out.println("NO." + threadnum + ":" + i );
    }
    }  

    public static void main(String[] args) throws Exception {
      for(int i=0; i<10; i++){
          new TestThread(i).start();
          Thread.sleep(1);
      }
    }
}

运行结果:

NO.0:887
NO.0:888
NO.0:889
NO.0:890
NO.0:891
NO.0:892
NO.0:893
NO.0:894
NO.7:122
NO.7:123
NO.7:124

上面只是一个片段,说明一个问题而已。
细心的童鞋会发现,NO.0:894后面是NO.7:122,也就是说没有按照从0开始到999。
都说synchronized可以实现同步方法或同步块,这里怎么就不行呢?
 
先从同步的机制来分析一下,同步是通过锁来实现的,那么上面的例子中,锁定了什么对象,或锁定了什么类呢?里面有两个变量,一个是i,一个是threadnum;i是方法内部的,threadnum是私有的。
再来了解一下synchronized的运行机制:
      在java程序中,当使用synchronized块或synchronized方法时,标志这个区域进行监视;而JVM在处理程序时,当有程序进入监视区域时,就会自动锁上对象或类。
 
那么上面的例子中,synchronized关键字用上后,锁定的是什么呢?
当synchronized方法时,锁定调用方法的实例对象本身做为对象锁。本例中,10个线程都有自己创建的TestThread的类对象,所以获取的对象锁,也是自己的对象锁,与其它线程没有任何关系。
 
要实现方法锁定,必须锁定有共享的对象。
 
对上面的实例修改一下,再看看:

package thread_test; 

/**
 * 测试扩展Thread类实现的多线程程序
 *
 */
public class TestThread extends Thread{
  private int threadnum;
  private String flag;  //标记 

  public TestThread(int threadnum,String flag) {
       this.threadnum = threadnum;
        this.flag = flag;
    } 

  @Override
    public void run() {
    synchronized(flag){
      for(int i = 0;i<1000;i++){
              System.out.println("NO." + threadnum + ":" + i );
          }
    }
    }  

    public static void main(String[] args) throws Exception {
      String flag = new String("flag");
      for(int i=0; i<10; i++){
          new TestThread(i,flag).start();
          Thread.sleep(1);
      }
    }
}

也就加了一个共享的标志flag。然后在通过synchronized块,对flag标志进行同步;这就满足了锁定共享对象的条件。
是的,运行结果,已经按顺序来了。

通过synchronized块,指定获取对象锁来达到同步的目的。那有没有其它的方法,可以通过synchronized方法来实现呢?
 
根据同步的原理:如果能获取一个共享对象锁或类锁,及可实现同步。那么我们是不是可以通过共享一个类锁来实现呢?
 
是的,我们可以使用静态同步方法,根据静态方法的特性,它只允许类对象本身才可以调用,不能通过实例化一个类对象来调用。那么如果获得了这个静态方法的锁,也就是获得这个类锁,而这个类锁都是TestThread类锁,及达到了获取共享类锁的目的。
 
实现代码如下:

package thread_test; 

/**
 * 测试扩展Thread类实现的多线程程序
 *
 * @author ciding
 * @createTime Dec 7, 2011 9:37:25 AM
 *
 */
public class TestThread extends Thread{
  private int threadnum; 

  public TestThread(int threadnum) {
    this.threadnum = threadnum;
  } 

  public static synchronized void staticTest(int threadnum) {
    for(int i = 0;i<1000;i++){
      System.out.println("NO." + threadnum + ":" + i );
    }
  }  

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    for(int i=0; i<10; i++){
      new TestThread(i).start();
      Thread.sleep(1);
    }
  }  

  @Override
  public void run(){
    staticTest(threadnum);
  }
}

运行结果略,与第二个例子中一样。
 
 
以上的内容主要是说明两个问题:同步块与同步方法。
1,同步块:获取的对象锁是synchronized(flag)中的flag对象锁。
2,同步方法:获取的是方法所属的类对象,及类对象锁。
静态同步方法,由于多个线程都会共享,所以一定会同步。
而非静态同步方法,只有在单例模式下才会同步。

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