详解Java并发编程之内置锁(synchronized)

详解Java并发编程之内置锁(synchronized)

简介

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();

tTVUcY3.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");

}

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 runTVUcY() {

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;

/**

* 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();

}

/**

* 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();

}

}

/**

* 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();

}

}

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

    ......

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