0.關于線程同步
（1）為什么需要同步多線程？
線程的同步是指讓多個運行的線程在一起良好地協作，達到讓多線程按要求合理地占用釋放資源。我們采用Java中的同步代碼塊和同步方法達到這樣的目的。比如這樣的解決多線程無固定序執行的問題：
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public class TwoThreadTest { public static void main(String[] args) { Thread th1= new MyThread1(); Thread th2= new MyThread2(); th1.start(); th2.start(); }}class MyThread2 extends Thread{ @Override public void run() { for( int i=0;i<10;i++) System. out.println( "thread 1 counter:"+i); }}class MyThread1 extends Thread{ @Override public void run() { for( int i=0;i<10;i++) System. out.println( "thread 2 counter:"+i); } } |
這種狀態下多線程執行的結果是隨機地去任意插入執行，這完全取決于JVM對于線程的調度，在很多要求定序執行的情況下，這種隨機執行的狀態顯然是不合要求的。
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public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { MyThread thread = new MyThread(); Thread th1= new Thread(thread); Thread th2= new Thread(thread); th1.start(); th2.start(); }}class MyThread implements Runnable{ @Override public synchronized void run() { for( int i=0;i<10;i++) System. out.println(Thread. currentThread().getName()+" counter:"+i); }} |
使用了同步方法后我們就可以控制線程獨占執行體對象，這樣在執行的過程中就可以使得線程將執行體上的任務一次性執行完后退出鎖定狀態，JVM再調度另一個線程進來一次性運行執行體內的任務。
（2）線程創建運行的范式：
在以前我們也有自己的線程創建和運行的編程范式，一般是定義一個執行類重寫run()方法，但是這種方式將執行體和執行的任務放在了一起，從軟件工程的角度來看不利于解耦。一個線程的執行的意思是說線程通過執行對象執行了某個對象的某個任務，從這個角度來說，將任務的規定者從執行類中分離出來可以使得多線程編程的各個角色明晰出來，進而獲得良好地解耦，以下就是線程創建和執行的編程范式：
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public class FormalThreadClass { public static void main(String[] args) { Thread thread = new Thread( new MyRunnable()); thread.start(); }}class MyRunnable implements Runnable{ MyTask myTask = new MyTask(); @Override public void run() { myTask.doTask(); }}class MyTask{ public void doTask() { System. out.println( "This is real Tasking"); }} |
1. synchronized原理
在java中，每一個對象有且僅有一個同步鎖。這也意味著，同步鎖是依賴于對象而存在。
當我們調用某對象的synchronized方法時，就獲取了該對象的同步鎖。例如，synchronized(obj)就獲取了“obj這個對象”的同步鎖。
不同線程對同步鎖的訪問是互斥的。也就是說，某時間點，對象的同步鎖只能被一個線程獲取到！通過同步鎖，我們就能在多線程中，實現對“對象/方法”的互斥訪問。 例如，現在有兩個線程A和線程B，它們都會訪問“對象obj的同步鎖”。假設，在某一時刻，線程A獲取到“obj的同步鎖”并在執行一些操作；而此時，線程B也企圖獲取“obj的同步鎖” —— 線程B會獲取失敗，它必須等待，直到線程A釋放了“該對象的同步鎖”之后線程B才能獲取到“obj的同步鎖”從而才可以運行。
2. synchronized基本規則
我們將synchronized的基本規則總結為下面3條，并通過實例對它們進行說明。
第一條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
第二條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
第三條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
（1）第一條：
當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。 下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。
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class MyRunable implements Runnable { @Override public void run() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } }}public class Demo1_1 { public static void main(String[] args) { Runnable demo = new MyRunable(); // 新建“Runnable對象” Thread t1 = new Thread(demo, "t1"); // 新建“線程t1”, t1是基于demo這個Runnable對象 Thread t2 = new Thread(demo, "t2"); // 新建“線程t2”, t2是基于demo這個Runnable對象 t1.start(); // 啟動“線程t1” t2.start(); // 啟動“線程t2” } } |
運行結果：
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t1 loop 0t1 loop 1t1 loop 2t1 loop 3t1 loop 4t2 loop 0t2 loop 1t2 loop 2t2 loop 3t2 loop 4 |
結果說明：run()方法中存在“synchronized(this)代碼塊”，而且t1和t2都是基于"demo這個Runnable對象"創建的線程。這就意味著，我們可以將synchronized(this)中的this看作是“demo這個Runnable對象”；因此，線程t1和t2共享“demo對象的同步鎖”。所以，當一個線程運行的時候，另外一個線程必須等待“運行線程”釋放“demo的同步鎖”之后才能運行。
如果你確認，你搞清楚這個問題了。那我們將上面的代碼進行修改，然后再運行看看結果怎么樣，看看你是否會迷糊。修改后的源碼如下：
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class MyThread extends Thread { public MyThread(String name) { super(name); } @Override public void run() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } }}public class Demo1_2 { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new MyThread("t1"); // 新建“線程t1” Thread t2 = new MyThread("t2"); // 新建“線程t2” t1.start(); // 啟動“線程t1” t2.start(); // 啟動“線程t2” } } |
代碼說明：比較Demo1_2 和 Demo1_1，我們發現，Demo1_2中的MyThread類是直接繼承于Thread，而且t1和t2都是MyThread子線程。
幸運的是，在“Demo1_2的run()方法”也調用了synchronized(this)，正如“Demo1_1的run()方法”也調用了synchronized(this)一樣！
那么，Demo1_2的執行流程是不是和Demo1_1一樣呢？運行結果：
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t1 loop 0t2 loop 0t1 loop 1t2 loop 1t1 loop 2t2 loop 2t1 loop 3t2 loop 3t1 loop 4t2 loop 4 |
結果說明：
如果這個結果一點也不令你感到驚訝，那么我相信你對synchronized和this的認識已經比較深刻了。否則的話，請繼續閱讀這里的分析。
synchronized(this)中的this是指“當前的類對象”，即synchronized(this)所在的類對應的當前對象。它的作用是獲取“當前對象的同步鎖”。
對于Demo1_2中，synchronized(this)中的this代表的是MyThread對象，而t1和t2是兩個不同的MyThread對象，因此t1和t2在執行synchronized(this)時，獲取的是不同對象的同步鎖。對于Demo1_1對而言，synchronized(this)中的this代表的是MyRunable對象；t1和t2共同一個MyRunable對象，因此，一個線程獲取了對象的同步鎖，會造成另外一個線程等待。
（2）第二條：
當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。
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class Count { // 含有synchronized同步塊的方法 public void synMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } // 非同步的方法 public void nonSynMethod() { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } }}public class Demo2 { public static void main(String[] args) { final Count count = new Count(); // 新建t1, t1會調用“count對象”的synMethod()方法 Thread t1 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.synMethod(); } }, "t1"); // 新建t2, t2會調用“count對象”的nonSynMethod()方法 Thread t2 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.nonSynMethod(); } }, "t2"); t1.start(); // 啟動t1 t2.start(); // 啟動t2 } } |
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t1 synMethod loop 0t2 nonSynMethod loop 0t1 synMethod loop 1t2 nonSynMethod loop 1t1 synMethod loop 2t2 nonSynMethod loop 2t1 synMethod loop 3t2 nonSynMethod loop 3t1 synMethod loop 4t2 nonSynMethod loop 4 |
結果說明：
主線程中新建了兩個子線程t1和t2。t1會調用count對象的synMethod()方法，該方法內含有同步塊；而t2則會調用count對象的nonSynMethod()方法，該方法不是同步方法。t1運行時，雖然調用synchronized(this)獲取“count的同步鎖”；但是并沒有造成t2的阻塞，因為t2沒有用到“count”同步鎖。
（3）第三條：
當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
我們將上面的例子中的nonSynMethod()方法體的也用synchronized(this)修飾。修改后的源碼如下：
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class Count { // 含有synchronized同步塊的方法 public void synMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } } // 也包含synchronized同步塊的方法 public void nonSynMethod() { synchronized(this) { try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i); } } catch (InterruptedException ie) { } } }}public class Demo3 { public static void main(String[] args) { final Count count = new Count(); // 新建t1, t1會調用“count對象”的synMethod()方法 Thread t1 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.synMethod(); } }, "t1"); // 新建t2, t2會調用“count對象”的nonSynMethod()方法 Thread t2 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { count.nonSynMethod(); } }, "t2"); t1.start(); // 啟動t1 t2.start(); // 啟動t2 } } |
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結果說明：
主線程中新建了兩個子線程t1和t2。t1和t2運行時都調用synchronized(this)，這個this是Count對象(count)，而t1和t2共用count。因此，在t1運行時，t2會被阻塞，等待t1運行釋放“count對象的同步鎖”，t2才能運行。
3. synchronized方法 和 synchronized代碼塊
“synchronized方法”是用synchronized修飾方法，而 “synchronized代碼塊”則是用synchronized修飾代碼塊。
synchronized方法示例
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public synchronized void foo1() { System.out.println("synchronized methoed");}synchronized代碼塊public void foo2() { synchronized (this) { System.out.println("synchronized methoed"); }} |
synchronized代碼塊中的this是指當前對象。也可以將this替換成其他對象，例如將this替換成obj，則foo2()在執行synchronized(obj)時就獲取的是obj的同步鎖。
synchronized代碼塊可以更精確的控制沖突限制訪問區域，有時候表現更高效率。下面通過一個示例來演示：
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// Demo4.java的源碼public class Demo4 { public synchronized void synMethod() { for(int i=0; i<1000000; i++) ; } public void synBlock() { synchronized( this ) { for(int i=0; i<1000000; i++) ; } } public static void main(String[] args) { Demo4 demo = new Demo4(); long start, diff; start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當前時間(millis) demo.synMethod(); // 調用“synchronized方法” diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時間差值” System.out.println("synMethod() : "+ diff); start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當前時間(millis) demo.synBlock(); // 調用“synchronized方法塊” diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時間差值” System.out.println("synBlock() : "+ diff); }} |
(某一次)執行結果：
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synMethod() : 11synBlock() : 3 |
4. 實例鎖 和 全局鎖
實例鎖 -- 鎖在某一個實例對象上。如果該類是單例，那么該鎖也具有全局鎖的概念。
（1）實例鎖對應的就是synchronized關鍵字。
（2）全局鎖 -- 該鎖針對的是類，無論實例多少個對象，那么線程都共享該鎖。
全局鎖對應的就是static synchronized（或者是鎖在該類的class或者classloader對象上）。
關于“實例鎖”和“全局鎖”有一個很形象的例子：
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pulbic class Something { public synchronized void isSyncA(){} public synchronized void isSyncB(){} public static synchronized void cSyncA(){} public static synchronized void cSyncB(){}} |
假設，Something有兩個實例x和y。分析下面4組表達式獲取的鎖的情況。
(1) x.isSyncA()與x.isSyncB()
(2) x.isSyncA()與y.isSyncA()
(3) x.cSyncA()與y.cSyncB()
(4) x.isSyncA()與Something.cSyncA()
(1) 不能被同時訪問。
因為isSyncA()和isSyncB()都是訪問同一個對象(對象x)的同步鎖！
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// LockTest1.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest1 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(01) x.isSyncA()與x.isSyncB() private void test1() { // 新建t11, t11會調用 x.isSyncA() Thread t11 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t11"); // 新建t12, t12會調用 x.isSyncB() Thread t12 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncB(); } }, "t12"); t11.start(); // 啟動t11 t12.start(); // 啟動t12 } public static void main(String[] args) { LockTest1 demo = new LockTest1(); demo.test1(); }} |
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t11 : isSyncAt11 : isSyncAt11 : isSyncAt11 : isSyncAt11 : isSyncAt12 : isSyncBt12 : isSyncBt12 : isSyncBt12 : isSyncBt12 : isSyncB |
(2) 可以同時被訪問
因為訪問的不是同一個對象的同步鎖，x.isSyncA()訪問的是x的同步鎖，而y.isSyncA()訪問的是y的同步鎖。
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// LockTest2.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest2 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(02) x.isSyncA()與y.isSyncA() private void test2() { // 新建t21, t21會調用 x.isSyncA() Thread t21 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t21"); // 新建t22, t22會調用 x.isSyncB() Thread t22 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { y.isSyncA(); } }, "t22"); t21.start(); // 啟動t21 t22.start(); // 啟動t22 } public static void main(String[] args) { LockTest2 demo = new LockTest2(); demo.test2(); }} |
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t21 : isSyncAt22 : isSyncAt21 : isSyncAt22 : isSyncAt21 : isSyncAt22 : isSyncAt21 : isSyncAt22 : isSyncAt21 : isSyncAt22 : isSyncA |
(3) 不能被同時訪問
因為cSyncA()和cSyncB()都是static類型，x.cSyncA()相當于Something.isSyncA()，y.cSyncB()相當于Something.isSyncB()，因此它們共用一個同步鎖，不能被同時反問。
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// LockTest3.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest3 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(03) x.cSyncA()與y.cSyncB() private void test3() { // 新建t31, t31會調用 x.isSyncA() Thread t31 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.cSyncA(); } }, "t31"); // 新建t32, t32會調用 x.isSyncB() Thread t32 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { y.cSyncB(); } }, "t32"); t31.start(); // 啟動t31 t32.start(); // 啟動t32 } public static void main(String[] args) { LockTest3 demo = new LockTest3(); demo.test3(); }} |
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t31 : cSyncAt31 : cSyncAt31 : cSyncAt31 : cSyncAt31 : cSyncAt32 : cSyncBt32 : cSyncBt32 : cSyncBt32 : cSyncBt32 : cSyncB |
(4) 可以被同時訪問
因為isSyncA()是實例方法，x.isSyncA()使用的是對象x的鎖；而cSyncA()是靜態方法，Something.cSyncA()可以理解對使用的是“類的鎖”。因此，它們是可以被同時訪問的。
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// LockTest4.java的源碼class Something { public synchronized void isSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public synchronized void isSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncA(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA"); } }catch (InterruptedException ie) { } } public static synchronized void cSyncB(){ try { for (int i = 0; i < 5; i++) { Thread.sleep(100); // 休眠100ms System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB"); } }catch (InterruptedException ie) { } }}public class LockTest4 { Something x = new Something(); Something y = new Something(); // 比較(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA() private void test4() { // 新建t41, t41會調用 x.isSyncA() Thread t41 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { x.isSyncA(); } }, "t41"); // 新建t42, t42會調用 x.isSyncB() Thread t42 = new Thread( new Runnable() { @Override public void run() { Something.cSyncA(); } }, "t42"); t41.start(); // 啟動t41 t42.start(); // 啟動t42 } public static void main(String[] args) { LockTest4 demo = new LockTest4(); demo.test4(); }} |
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t41 : isSyncAt42 : cSyncAt41 : isSyncAt42 : cSyncAt41 : isSyncAt42 : cSyncAt41 : isSyncAt42 : cSyncAt41 : isSyncAt42 : cSyncA |
