Java基础笔记 - 线程同步问题 解决同步问题的方法 synchronized方法 同步代码块

1、多线程的同步:

1.1、同步机制:

在多线程中,可能有多个线程试图访问一个有限的资源,必须预防这种情况的发生。所以引入了同步机制:在线程使用一个资源时为其加锁,这样其他的线程便不能访问那个资源了,直到解锁后才可以访问。

1.2、共享成员变量的例子:

成员变量与局部变量:

成员变量:

如果一个变量是成员变量,那么多个线程对同一个对象的成员变量进行操作,这多个线程是共享一个成员变量的。

局部变量:

如果一个变量是局部变量,那么多个线程对同一个对象进行操作,每个线程都会有一个该局部变量的拷贝。他们之间的局部变量互不影响。

下面举例说明:

实现了Runnable的线程类:

class MyThread3 implements Runnable{

//两个线程操作同一个对象,共享成员变量
//int i;
@Override
public void run() {
    //两个线程操作同一个对象,各自保存局部变量的拷贝
    int i = 0;
    while(i<100){
        System.out.println(i);
        i++;
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

}

在main方法中用两个线程操作同一个对象:

public static void main(String[] args) {

MyThread3 myThread = new MyThread3();
//下面两个线程对同一个对象(Runnable的实现类对象)进行操作
Thread thread = new Thread(myThread);
Thread thread2 = new Thread(myThread);
//各自保存局部变量的拷贝,互不影响,输出200个数字
thread.start();
thread2.start();

}

这里如果把i变成成员变量,则输出100个数字。

1.3、共享资源导致的读取错误

下面举个例子,两个线程共用一个Number对象,通过Number类的getNumber方法获取数据,读取数据并改写时,发现了重复读操作:

首先创建一个Number类:

class Number{
private int number = 10;
public String getNumber(int i){
if(number > 0){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
number -= i;
return “取出”+i+”成功,剩余数量:”+number;
}
return “取出”+i+”失败,剩余数量:”+number;
}
}

线程类,在线程类中的私有属性包含了Number类的引用:

class MyThread4 extends Thread{

//两个线程操作同一个对象,共享成员变量
Number number;
public MyThread4(Number number){
    this.number = number;
}
@Override
public void run() {
    System.out.println(number.getNumber(8));
}

}

在main函数中创建两个线程类,包含了同一个Number类实例的引用:

public static void main(String[] args) {

Number number = new Number();
//两个线程操作同一个对象,共享对象number的成员变量number
MyThread4 myThread = new MyThread4(number);
MyThread4 myThread2 = new MyThread4(number);
myThread.start();
myThread2.start();

}

这样,当第一个线程读取Number中的number变量时先保存下来再休眠0.1秒,然后第二个线程再读取number变量并保存,此时两个线程保存了同样的数字,在修改时,也就导致修改了同一个数字两次。

2、同步机制的实现:

2.1、使用synchronized关键字创建synchronized方法:

使用synchronized关键字,该关键字修饰的方法叫做同步方法。

Java中每个对象都有一个锁或者称为监视器,当访问某个对象的synchronized方法时,表示将该对象上锁,而不仅仅是为该方法上锁。

这样如果一个对象的synchronized方法被某个线程执行时,其他线程无法访问该对象的任何synchronized方法(但是可以调用其他非synchronized的方法)。直至该synchronized方法执行完。

静态的synchronized方法调用情况:

当调用一个对象的静态synchronized方法时,它锁定的并不是synchronized方法所在的对象,而是synchronized方法所在对象对应的Class对象。这样,其他线程就不能调用该类的其他静态synchronized方法了,但是可以调用非静态的synchronized方法。

结论:执行静态synchronized方法锁方法所在对象,执行非静态synchronized方法锁方法所在对象对应的Class对象。

下面是多线程调用静态的方法的例子,由于锁定了方法所在对象对应的Class对象,其他线程无法调用该方法所在对象其他的静态synchronized方法:

/*
\
定义一个类,包含了线程类需要调用的方法
*/
class Compute1{
//这时如果某个线程调用该方法,
//将锁定synchronized方法所在对象对应的class对象,
//而不是锁定synchronized方法所在对象
public synchronized static void execute(){
for(int i = 0; i<100; i++){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“compute1:execute1 “ + i++);
}
}
public synchronized static void execute2(){
for(int i = 0; i<100; i++){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“compute1:execute2 “ + i++);
}
}
}

main方法中两个线程分别调用同一个对象的两个static synchronized方法:

public static void main(String[] args) {
Compute1 com = new Compute1();
Thread thread1 = new Thread1(com);
Thread thread2 = new Thread2(com);
thread1.start();
thread2.start();
}

一次只能调用一个静态方法,直到执行完成。

2.2、使用synchronized创建同步代码块:

通过使用synchronized同步代码块,锁定一个对象,该对象作为可执行的标志从而达到同步的效果:

/*
\
定义一个类,包含了线程类需要调用的方法
*/
class Compute1{
//通过同步代码块锁定object1对象进行锁定了其他同样的synchronized代码块
private Object object1 = new Object();
public void execute(){
synchronized(object1){
for(int i = 0; i<100; i++){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“compute1:execute1 “ + i++);
}
}

}
public synchronized void execute2(){
    synchronized(object1){
        for(int i = 0; i<100; i++){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("compute1:execute2 " \+ i++);
        }
    }
}

}

如果想要使用synchronized同步代码块达到和使用synchronized方法同样的效果,可以锁定this引用:

synchronized(this){

}

2.3、synchronized方法和synchronized同步代码块的区别:

synchronized同步代码块只是锁定了该代码块,代码块外面的代码还是可以被访问的。

synchronized方法是粗粒度的并发控制,某一个时刻只能有一个线程执行该synchronized方法。

synchronized同步代码块是细粒度的并发控制,只会将块中的代码同步,代码块之外的代码可以被其他线程同时访问。

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