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資訊專(zhuān)欄INFORMATION COLUMN

Synchronized關(guān)鍵字

hqman / 2114人閱讀

摘要：我叫運(yùn)行結(jié)束三線(xiàn)程不安全導(dǎo)致請(qǐng)求丟失問(wèn)題解決場(chǎng)景前面一的作用中的計(jì)數(shù)場(chǎng)景。我叫運(yùn)行結(jié)束方法拋異常后，是否會(huì)釋放鎖拋出異常之后會(huì)釋放鎖，后面的線(xiàn)程會(huì)進(jìn)入同步方法。當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程獲得了對(duì)應(yīng)的鎖的時(shí)候，其他線(xiàn)程只能等待我釋放之后才能獲取該鎖。

一、Synchronized的作用 
作用：能夠保證在同一時(shí)刻最多只有一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行該代碼，以達(dá)到保證并發(fā)安全的效果
public class DisappearRequest implements Runnable{
    
    static DisappearRequest dr = new DisappearRequest();
    
    static int count = 0;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(dr);
        Thread t2 = new Thread(dr);
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println("count="+count);
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    }

}
// 結(jié)果count小于20000（線(xiàn)程不安全）
二、Synchronized的兩個(gè)用法

1. 對(duì)象鎖：包括同步代碼塊鎖（自己指定鎖對(duì)象）和方法鎖（默認(rèn)鎖對(duì)象為this當(dāng)前實(shí)例對(duì)象）

1.1 代碼塊形式：手動(dòng)指定鎖對(duì)象
public class SynchronizedObjectCodeBlock implements Runnable {
    
    static SynchronizedObjectCodeBlock instance = 
            new SynchronizedObjectCodeBlock();
    
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }

    @Override
    public void run() {
        // 兩個(gè)線(xiàn)程串行操作
        synchronized(this){
            System.out.println("我是對(duì)象鎖的代碼塊形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
        }
    }

}
public class SynchronizedObjectCodeBlock implements Runnable {
    
    static SynchronizedObjectCodeBlock instance = 
            new SynchronizedObjectCodeBlock();
    
    Object lock1 = new Object();
    Object lock2 = new Object();
    
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized(lock1){
            System.out.println("我是對(duì)象鎖的代碼塊形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
        }
        
        synchronized(lock2){
            System.out.println("我是對(duì)象鎖的代碼塊形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
        }
    }

}
// CountDownLatch、信號(hào)量解決線(xiàn)程同步問(wèn)題。
1.2 方法鎖形式：synchronized修飾普通方法，鎖對(duì)象默認(rèn)為this
普通方法鎖
public class SynchronizedMethodLock implements Runnable{

    static SynchronizedMethodLock instance = 
            new SynchronizedMethodLock();
    
    @Override
    public void run() {
        sync();
    }
    
    // 普通方法鎖（不能是靜態(tài)方法。鎖對(duì)象默認(rèn)是this）
    public synchronized void sync(){
        System.out.println("我是普通方法鎖形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }
    
    

}

2. 類(lèi)鎖：指synchronized修飾靜態(tài)方法或指定鎖為Class對(duì)象。Java類(lèi)可能有很多個(gè)對(duì)象，但只有一個(gè)Class對(duì)象。
所謂的類(lèi)鎖，不過(guò)是Class對(duì)象的鎖而已。
用法和效果：類(lèi)鎖只能在同一時(shí)刻被一個(gè)對(duì)象擁有，其他對(duì)象會(huì)被阻塞
對(duì)象鎖如果不同的實(shí)例創(chuàng)建出來(lái)的，互相鎖是不受影響的，你可以運(yùn)行我也可以運(yùn)行，并行運(yùn)行，但是類(lèi)鎖只有一個(gè)可以運(yùn)行。

2.1. synchronized加在static方法上。場(chǎng)景：如果需要在全局情況下同步該方法，而不是一個(gè)小范圍層面，則應(yīng)該用這種形式去做同步保護(hù)。

public class SynchronizedMethodLock implements Runnable{

    // 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象
    static SynchronizedMethodLock instance1 = 
            new SynchronizedMethodLock();
    static SynchronizedMethodLock instance2 = 
            new SynchronizedMethodLock();
    
    @Override
    public void run() {
        sync();
    }
    
    // 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行。
    public static synchronized void sync(){
        System.out.println("我是類(lèi)鎖的第一種形式：static形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance2);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }
    
    

}
2.2. synchronized（*.class）代碼塊
public class SynchronizedMethodLock implements Runnable{

    // 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象
    static SynchronizedMethodLock instance1 = 
            new SynchronizedMethodLock();
    static SynchronizedMethodLock instance2 = 
            new SynchronizedMethodLock();
    
    @Override
    public void run() {
        sync();
    }
    
    // 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行。
    public void sync(){
        // 如果是this的話(huà)則并行執(zhí)行，Class對(duì)象則串行執(zhí)行
        synchronized(SynchronizedMethodLock.class){
            System.out.println("我是類(lèi)鎖的第二種形式：synchronized(*.class)形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
            }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance2);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }
    
    

}
三、線(xiàn)程不安全導(dǎo)致請(qǐng)求丟失問(wèn)題解決 
場(chǎng)景：前面【一、Synchronized的作用 】中的demo計(jì)數(shù)場(chǎng)景。
如下四種方式解決(結(jié)果均為20000)：

3.1
@Override
    public synchronized void run() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    }
3.2
@Override
    public void run() {
        synchronized (this){
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                count++;
            }
        }
    }
3.3
@Override
    public void run() {
        synchronized(DisappearRequest.class){
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                count++;
            }
        }
    }
3.4
@Override
    public void run() {
        add();
    }
    
    public static synchronized void add(){
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++;
        }
    }
四、多線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)同步方法的7中情況

4.1、 兩個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)對(duì)象的同步方法

兩個(gè)線(xiàn)程爭(zhēng)搶的是同一把鎖，線(xiàn)程間相互等待，只能有一個(gè)線(xiàn)程持有該鎖
public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance);
        Thread t2 = new Thread(instance);
        t1.start();
        t2.start();
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
        }
        System.out.println("finished");
    }

4.2、 兩個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)的是兩個(gè)對(duì)象的同步方法

創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行，這兩個(gè)實(shí)例真正采用的鎖對(duì)象不是同一個(gè)，所以不會(huì)被干擾。
// 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行。
    public void sync(){
        // 如果是this的話(huà)則并行執(zhí)行,指向的是不同的實(shí)例對(duì)象，若為Class對(duì)象則串行執(zhí)行
        synchronized(this){
        // TO DO...
        }
    }
public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance2);
        t1.start();
        t2.start();
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){    
        }
        System.out.println("finished");
    }

4.3、 兩個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)的synchronized的靜態(tài)方法

如果兩個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)的是同一個(gè)對(duì)象的同步方法則串行執(zhí)行，如果訪(fǎng)問(wèn)的是不同對(duì)象的同步方法，若該方法是非靜態(tài)static方法則并行執(zhí)行，否則兩個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)的鎖對(duì)象為同一把鎖，串行執(zhí)行。
    public static synchronized void sync(){
    // TO DO...
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance2);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }

4.4 同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同步方法合肥同步方法

非同步方法不受到影響

4.5 訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)對(duì)象的不同的普通同步方法

同一個(gè)對(duì)象，兩個(gè)同步方法拿到的this是一樣的，同一把鎖，所以串行執(zhí)行

4.6 同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)靜態(tài)synchronized和非靜態(tài)synchronized方法

兩個(gè)線(xiàn)程指定的鎖對(duì)象不是同一把鎖，所以鎖之間不沖突，并行執(zhí)行
// 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行。
    public static synchronized void sync(){
        // 如果是this的話(huà)則并行執(zhí)行，Class對(duì)象則串行執(zhí)行
        System.out.println("我是靜態(tài)方法：synchronized(*.class)形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
    }
    
    // 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行。
    public synchronized void sync1(){
        // 如果是this的話(huà)則并行執(zhí)行，Class對(duì)象則串行執(zhí)行
        System.out.println("我是非靜態(tài)方法：synchronized(*.class)形式。我叫:" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance1);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }

4.7 方法拋異常后，是否會(huì)釋放鎖

拋出異常之后jvm會(huì)釋放鎖，后面的線(xiàn)程會(huì)進(jìn)入同步方法。
// 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象
    static SynchronizedMethodLock instance1 = 
            new SynchronizedMethodLock();
    static SynchronizedMethodLock instance2 = 
            new SynchronizedMethodLock();
    
    @Override
    public void run() {
        if(Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")){
            sync();
        }else{
            sync1();
        }
    }
    
    // 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行。
    public synchronized void sync(){
        // 如果是this的話(huà)則并行執(zhí)行，Class對(duì)象則串行執(zhí)行
        System.out.println("我是方法1：我叫:" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        throw new RuntimeException();
//        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
    }
    
    // 創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例對(duì)象，如果不是static方法的話(huà)，則并行操作，否則串行執(zhí)行。
    public synchronized void sync1(){
        // 如果是this的話(huà)則并行執(zhí)行，Class對(duì)象則串行執(zhí)行
        System.out.println("我是方法2：我叫:" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "運(yùn)行結(jié)束");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instance1);
        Thread t2 = new Thread(instance1);
        
        t1.start();
        t2.start();
        
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){
            
        }
        System.out.println("finished");
    }

五、synchronized的性質(zhì)

【5.1 可重入】：指的是同一線(xiàn)程的外層函數(shù)獲得鎖之后，內(nèi)層函數(shù)可以直接再次獲取該鎖
好處：避免死鎖，提升封裝性
比如：現(xiàn)在有兩個(gè)均被synchronized修飾的方法f1和f2，此時(shí)線(xiàn)程A執(zhí)行到了f1，并且獲得了這把鎖，由于方法二f2也是synchronized修飾（也就是說(shuō)要執(zhí)行f2必須拿到f2的鎖），如果synchronized不具備可重入性，此時(shí)線(xiàn)程A只是拿到了f1的鎖，沒(méi)有拿到f2的鎖，所以線(xiàn)程A即想拿到f2的鎖又不釋放f1鎖，那么就會(huì)造成永遠(yuǎn)等待，即死鎖，所以synchronized是具有可重入性。

【可重入粒度如下】

5.1.1 證明同一個(gè)方法是可重入的（遞歸）
5.1.2 證明可重入不要求是同一個(gè)方法


public synchronized void method1(){
        System.out.println("我是method1");
        method2();
    }
    public synchronized void method2(){
        System.out.println("我是method2");
    }
5.1.3 證明同可重入不要求是同一個(gè)類(lèi)中的
public class SyncSuperClass{
        public synchronized void doSomething(){
            System.out.println("我是父類(lèi)方法");
        }
    }
    
    class TestClass extends SyncSuperClass{
        public synchronized void doSomething(){
            System.out.println("我是子類(lèi)方法");
            super.doSomething();
        }
    }

【5.2 不可中斷性】

一旦這個(gè)鎖已經(jīng)被別人獲得了，如果我還想獲得，我只能選擇等待或者阻塞，直到別的線(xiàn)程釋放這個(gè)鎖。如果別人永遠(yuǎn)不釋放鎖，那么我只能永遠(yuǎn)等下去。
Lock類(lèi)：相比之下，Lock類(lèi)，可以擁有中斷的能力，第一點(diǎn)，如果我覺(jué)得我等的時(shí)間太長(zhǎng)了，有權(quán)中斷現(xiàn)在已經(jīng)獲取到鎖的線(xiàn)程的執(zhí)行；第二點(diǎn)，如果我覺(jué)得等待時(shí)間太長(zhǎng)了不想等了，可以退出。
Lock lock = new ReentrantLock(); 
    // 下面這兩種形式的鎖是等價(jià)的
    public synchronized void method1(){
        System.out.println("我是Synchronized形式的鎖");
    }
    
    public void method2(){
        lock.lock();
        try{
            System.out.println("我是Lock形式的鎖");
        }finally{
            lock.unlock();
        }
    }
六、synchronized的缺陷

【6.1 效率低】

鎖的釋放情況少，試圖獲得鎖時(shí)不能設(shè)定超時(shí)、不能中斷一個(gè)正在試圖獲得鎖的線(xiàn)程。
6.1.1、 當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程獲得了對(duì)應(yīng)的sync鎖的時(shí)候，其他線(xiàn)程只能等待我釋放之后才能獲取該鎖。
6.1.2、 只有兩種情況才釋放鎖：1.執(zhí)行完了這段代碼，2.發(fā)生異常自動(dòng)釋放鎖
6.1.3、 不能中斷，但是Lock是有中斷能力的

【6.2 不夠靈活（如：讀寫(xiě)鎖比較靈活：讀的時(shí)候不加鎖，寫(xiě)才加鎖）】

加鎖和釋放鎖的時(shí)機(jī)單一，每個(gè)鎖僅有單一的條件（某個(gè)對(duì)象），可能是不夠的

【6.3 無(wú)法知道是否成功獲取到鎖】

七、Lock鎖常用方法 
    Lock lock = new ReentrantLock(); // 非公平鎖
    // Lock lock = new ReentrantLock(true); // 公平鎖
    // Lock lock = new ReentrantReadWriteLock();
        
        lock.lock();
        lock.unlock();
        lock.tryLock(); // 獲取鎖
        lock.tryLock(10, TimeUnit.SECONDS);
八、常見(jiàn)面試題 
8.1 使用synchroinzed注意點(diǎn)：鎖對(duì)象不能為空、作用域不宜過(guò)大、避免死鎖
注：一個(gè)對(duì)象作為鎖對(duì)象，這個(gè)對(duì)象必須是被new過(guò)的，或者是被其他方法創(chuàng)建好的，而不是一個(gè)空對(duì)象，因?yàn)殒i的信息保存在對(duì)象頭中的。
8.2 如何選擇Lock和synchronized關(guān)鍵字
盡量使用concurrent包下的CountDownLatch或者atomic包，或者信號(hào)量
九、思考 
9.1 多個(gè)線(xiàn)程等待同一個(gè)synchronized鎖的時(shí)候，JVM如何選擇下一個(gè)獲取鎖的是哪個(gè)縣城？
9.2 synchronized使得同時(shí)只能有一個(gè)線(xiàn)程可以執(zhí)行，性能較差，有什么辦法可以提升性能？
9.3 我想更靈活的控制鎖的獲取和釋放（現(xiàn)在釋放鎖的時(shí)機(jī)都被規(guī)定死了），怎么辦？
9.4 什么是鎖的升級(jí)、降級(jí)？什么事JVM里的偏斜所、輕量級(jí)鎖。重量級(jí)鎖？

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