Java基础-多线程-③线程同步之synchronized

使用线程同步解决多线程安全问题

　　上一篇 Java基础-多线程-②多线程的安全问题 中我们说到多线程可能引发的安全问题，原因在于多个线程共享了数据，且一个线程在操作(多为写操作)数据的过程中，另一个线程也对数据进行了操作，从而导致数据出错。由此我们想到一个解决的思路：将操作共享数据的代码行作为一个整体，同一时间只允许一个线程执行，执行过程中其他线程不能参与执行。线程同步就是用来实现这样的机制。

synchronized代码块

　　Java中提供了synchronized关键字，将可能引发安全问题的代码包裹在synchronized代码块中，表示这些代码需要进行线程同步。synchronized代码块的语法格式为：

synchronized (expression){
    //需要同步的代码
}

其中，expression必须是一个引用类型的变量，这里我们可以理解为任意的一个Java对象，否则编译出错。下面的例子中我们使用了一个Object对象obj。

class Dog implements Runnable {
    private int t = 100;
    private Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            synchronized (obj) {
                if (t > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);
                    } catch (InterruptedException e) {}
                }
            }

        }
    }
}

这时候，一个线程在执行完整个代码块(或者非正常结束)之后，其他的线程才有机会进入代码块执行，就不会出现“打印的t小于1”的情况了，简单的实现了代码的同步。

线程同步的机制和同步锁

　　上面线程同步的效果是怎么实现的呢？Java中任意的对象都可以作为一个监听器(monitor)，监听器可以被上锁和解锁，在线程同步中称为同步锁，且同步锁在同一时间只能被一个线程所持有。上面的obj对象就是一个同步锁，分析一下上面代码的执行过程：

• 一个线程执行到synchronized代码块，首先检查obj，如果obj为空，抛出NullPointerExpression异常；
• 如果obj不为空，线程尝试给监听器上锁，如果监听器已经被锁，则线程不能获取到锁，线程就被阻塞；
• 如果监听器没被锁，则线程将监听器上锁，并且持有该锁，然后执行代码块；
• 代码块正常执行结束或者非正常结束，监听器都将自动解锁；

所以，一个线程执行代码块时，持有了同步锁，其他线程就不能获取到锁，也就不能进入代码块执行，只能等待锁被释放。这时候我们思考这样一个问题：在synchronized代码块中如果我们每次传入的都是一个新的对象，能否实现同步的效果呢？如下：

    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (new Object()) {
                if (t > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);
                    } catch (InterruptedException e) {}
                }
            }
        }
    }

显然多个线程检查的都是一个新的对象，不同的同步锁对不同的线程不具有排他性，不能实现线程同步的效果，这时候线程同步就失效了。所以线程同步的一个前提：线程同步锁对多个线程必须是互斥的，即多个线程需要使用同一个同步锁。第一段代码中obj对象被多个线程共享，能够实现同步。

synchronized方法

　　除了synchronized代码块，synchronized关键字还可以修饰方法，让该方法进行线程同步，效果跟同步代码块一样。

    public synchronized void run() {
        while (true) {
            if (t > 0) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName() + "---" + t--);
                } catch (InterruptedException e) {}
            }
        }
    }

这时候synchronized后面没有了expression，从哪儿获取同步锁呢？

• 对于实例的同步方法，使用this即当前实例对象，如上面的dog；
• 对于静态的同步方法，使用当前类的字节码对象，如上面的Dog.class。

也就是说使用同步方法的话，同步锁只能是this或者当前类的字节码对象。所以根据同步锁必须互斥的前提，如果同时使用synchronized代码块和synchronized方法对同一个共享资源进行线程同步，synchronized代码块的同步锁也必须跟synchronized方法一样(要么是this，要么是类的字节码对象)。

同步代码块和同步方法的区别

　　两者的区别主要体现在同步锁上面。对于实例的同步方法，因为只能使用this来作为同步锁，如果一个类中需要使用到多个锁，为了避免锁的冲突，必然需要使用不同的对象，这时候同步方法不能满足需求，只能使用同步代码块(同步代码块可以传入任意对象)；或者多个类中需要使用到同一个锁，这时候多个类的实例this显然是不同的，也只能使用同步代码块，传入同一个对象。