Java多线程程序中synchronized修饰方法的使用实例

时间：2021-12-31 14:52:02

在Java 5以前，是用synchronized关键字来实现锁的功能。

synchronized关键字可以作为方法的修饰符（同步方法），也可作用于函数内的语句（同步代码块）。

掌握synchronized，关键是要掌握把那个东西作为锁。对于类的非静态方法（成员方法）而言，意味着要取得对象实例的锁；对于类的静态方法（类方法）而言，要取得类的Class对象的锁；对于同步代码块，要指定取得的是哪个对象的锁。同步非静态方法可以视为包含整个方法的synchronized(this) { … }代码块。   

不管是同步代码块还是同步方法，每次只有一个线程可以进入（在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码。），如果其他线程试图进入（不管是同一同步块还是不同的同步块），jvm会将它们挂起（放入到等锁池中）。这种结构在并发理论中称为临界区（critical section）。

在jvm内部，为了提高效率，同时运行的每个线程都会有它正在处理的数据的缓存副本，当我们使用synchronzied进行同步的时候，真正被同步的是在不同线程中表示被锁定对象的内存块（副本数据会保持和主内存的同步，现在知道为什么要用同步这个词汇了吧），简单的说就是在同步块或同步方法执行完后，对被锁定的对象做的任何修改要在释放锁之前写回到主内存中；在进入同步块得到锁之后，被锁定对象的数据是从主内存中读出来的，持有锁的线程的数据副本一定和主内存中的数据视图是同步的 。

下面举具体的例子来说明synchronized的各种情况。

synchronized同步方法

首先来看同步方法的例子：

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public class SynchronizedTest1 extends Thread
{
  private synchronized void testSynchronizedMethod()
  {
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()
          + " testSynchronizedMethod:" + i);
 
      try
      {
        Thread.sleep(100);
      }
      catch (InterruptedException e)
      {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
 
  @Override
  public void run()
  {
    testSynchronizedMethod();
  }
 
  public static void main(String[] args)
  {
 
        SynchronizedTest1 t = new SynchronizedTest1();
    t.start();
    t.testSynchronizedMethod();
  }
}

运行该程序输出结果为：

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main testSynchronizedMethod:0
main testSynchronizedMethod:1
main testSynchronizedMethod:2
main testSynchronizedMethod:3
main testSynchronizedMethod:4
main testSynchronizedMethod:5
main testSynchronizedMethod:6
main testSynchronizedMethod:7
main testSynchronizedMethod:8
main testSynchronizedMethod:9
Thread-0 testSynchronizedMethod:0
Thread-0 testSynchronizedMethod:1
Thread-0 testSynchronizedMethod:2
Thread-0 testSynchronizedMethod:3
Thread-0 testSynchronizedMethod:4
Thread-0 testSynchronizedMethod:5
Thread-0 testSynchronizedMethod:6
Thread-0 testSynchronizedMethod:7
Thread-0 testSynchronizedMethod:8
Thread-0 testSynchronizedMethod:9

可以看到testSynchronizedMethod方法在两个线程之间同步执行。

如果此时将main方法修改为如下所示，则两个线程并不能同步执行，因为此时两个线程的同步监视器不是同一个对象，不能起到同步的作用。

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public static void main(String[] args)
  {
    Thread t = new SynchronizedTest1();
    t.start();
     
    Thread t1 = new SynchronizedTest1();
    t1.start();
  }

此时输出结果如下所示：

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Thread-0 testSynchronizedMethod:0
Thread-1 testSynchronizedMethod:0
Thread-0 testSynchronizedMethod:1
Thread-1 testSynchronizedMethod:1
Thread-0 testSynchronizedMethod:2
Thread-1 testSynchronizedMethod:2
Thread-0 testSynchronizedMethod:3
Thread-1 testSynchronizedMethod:3
Thread-0 testSynchronizedMethod:4
Thread-1 testSynchronizedMethod:4
Thread-0 testSynchronizedMethod:5
Thread-1 testSynchronizedMethod:5
Thread-0 testSynchronizedMethod:6
Thread-1 testSynchronizedMethod:6
Thread-0 testSynchronizedMethod:7
Thread-1 testSynchronizedMethod:7
Thread-0 testSynchronizedMethod:8
Thread-1 testSynchronizedMethod:8
Thread-0 testSynchronizedMethod:9
Thread-1 testSynchronizedMethod:9

若想修改后的main方法能够在两个线程之间同步运行，需要将testSynchronizedMethod方法声明为静态方法，这样两个线程的监视器是同一个对象（类对象），能够同步执行。修改后的代码如下所示：

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public class SynchronizedTest1 extends Thread
{
  private static synchronized void testSynchronizedMethod()
  {
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName()
          + " testSynchronizedMethod:" + i);
 
      try
      {
        Thread.sleep(100);
      }
      catch (InterruptedException e)
      {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
 
  @Override
  public void run()
  {
    testSynchronizedMethod();
  }
 
  public static void main(String[] args)
  {
    Thread t = new SynchronizedTest1();
    t.start();
     
    Thread t1 = new SynchronizedTest1();
    t1.start();
  }
}

输出结果如下：

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Thread-0 testSynchronizedMethod:0
Thread-0 testSynchronizedMethod:1
Thread-0 testSynchronizedMethod:2
Thread-0 testSynchronizedMethod:3
Thread-0 testSynchronizedMethod:4
Thread-0 testSynchronizedMethod:5
Thread-0 testSynchronizedMethod:6
Thread-0 testSynchronizedMethod:7
Thread-0 testSynchronizedMethod:8
Thread-0 testSynchronizedMethod:9
Thread-1 testSynchronizedMethod:0
Thread-1 testSynchronizedMethod:1
Thread-1 testSynchronizedMethod:2
Thread-1 testSynchronizedMethod:3
Thread-1 testSynchronizedMethod:4
Thread-1 testSynchronizedMethod:5
Thread-1 testSynchronizedMethod:6
Thread-1 testSynchronizedMethod:7
Thread-1 testSynchronizedMethod:8
Thread-1 testSynchronizedMethod:9

同步块的情况与同步方法类似，只是同步块将同步控制的粒度缩小，这样能够更好的发挥多线程并行执行的效率。
使用this对象控制同一对象实例之间的同步：

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public class SynchronizedTest2 extends Thread
{
  private void testSynchronizedBlock()
  {
    synchronized (this)
    {
      for (int i = 0; i < 10; i++)
      {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
            + " testSynchronizedBlock:" + i);
 
        try
        {
          Thread.sleep(100);
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }
  }
 
  @Override
  public void run()
  {
    testSynchronizedBlock();
  }
 
  public static void main(String[] args)
  {
    SynchronizedTest2 t = new SynchronizedTest2();
    t.start();
 
    t.testSynchronizedBlock();
  }
}

输出结果：

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main testSynchronizedBlock:0
main testSynchronizedBlock:1
main testSynchronizedBlock:2
main testSynchronizedBlock:3
main testSynchronizedBlock:4
main testSynchronizedBlock:5
main testSynchronizedBlock:6
main testSynchronizedBlock:7
main testSynchronizedBlock:8
main testSynchronizedBlock:9
Thread-0 testSynchronizedBlock:0
Thread-0 testSynchronizedBlock:1
Thread-0 testSynchronizedBlock:2
Thread-0 testSynchronizedBlock:3
Thread-0 testSynchronizedBlock:4
Thread-0 testSynchronizedBlock:5
Thread-0 testSynchronizedBlock:6
Thread-0 testSynchronizedBlock:7
Thread-0 testSynchronizedBlock:8
Thread-0 testSynchronizedBlock:9

使用class对象控制不同实例之间的同步：

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public class SynchronizedTest2 extends Thread
{
  private void testSynchronizedBlock()
  {
    synchronized (SynchronizedTest2.class)
    {
      for (int i = 0; i < 10; i++)
      {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
            + " testSynchronizedBlock:" + i);
 
        try
        {
          Thread.sleep(100);
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }
  }
 
  @Override
  public void run()
  {
    testSynchronizedBlock();
  }
 
  public static void main(String[] args)
  {
    Thread t = new SynchronizedTest2();
    t.start();
 
    Thread t2 = new SynchronizedTest2();
    t2.start();
  }
}

输出结果：

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Thread-0 testSynchronizedBlock:0
Thread-0 testSynchronizedBlock:1
Thread-0 testSynchronizedBlock:2
Thread-0 testSynchronizedBlock:3
Thread-0 testSynchronizedBlock:4
Thread-0 testSynchronizedBlock:5
Thread-0 testSynchronizedBlock:6
Thread-0 testSynchronizedBlock:7
Thread-0 testSynchronizedBlock:8
Thread-0 testSynchronizedBlock:9
Thread-1 testSynchronizedBlock:0
Thread-1 testSynchronizedBlock:1
Thread-1 testSynchronizedBlock:2
Thread-1 testSynchronizedBlock:3
Thread-1 testSynchronizedBlock:4
Thread-1 testSynchronizedBlock:5
Thread-1 testSynchronizedBlock:6
Thread-1 testSynchronizedBlock:7
Thread-1 testSynchronizedBlock:8
Thread-1 testSynchronizedBlock:9

 
使用synchronized关键字进行同步控制时，一定要把握好对象监视器，只有获得监视器的进程可以运行，其它都需要等待获取监视器。任何一个非null的对象都可以作为对象监视器，当synchronized作用在方法上时，锁住的便是对象实例（this）；当作用在静态方法时锁住的便是对象对应的Class实例

两个线程同时访问一个对象的同步方法
当两个并发线程访问同一个对象的同步方法时，只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个以后才能执行。

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public class TwoThread {
  public static void main(String[] args) {
    final TwoThread twoThread = new TwoThread();
 
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        twoThread.syncMethod();
      }
    }, "A");
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        twoThread.syncMethod();
      }
    }, "B");
 
    t1.start();
    t2.start();
  }
 
  public synchronized void syncMethod() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException ie) {
      }
    }
  }
 
}

输出结果：

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A : 0
A : 1
A : 2
A : 3
A : 4
B : 0
B : 1
B : 2
B : 3
B : 4

两个线程访问的是两个对象的同步方法
这种情况下，synchronized不起作用，跟普通的方法一样。因为对应的锁是各自的对象。

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public class TwoObject {
  public static void main(String[] args) {
    final TwoObject object1 = new TwoObject();
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        object1.syncMethod();
      }
    }, "Object1");
    t1.start();
 
    final TwoObject object2 = new TwoObject();
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        object2.syncMethod();
      }
    }, "Object2");
    t2.start();
  }
 
  public synchronized void syncMethod() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException ie) {
      }
    }
  }
 
}

其中一种可能的输出结果：

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Object2 : 0
Object1 : 0
Object1 : 1
Object2 : 1
Object2 : 2
Object1 : 2
Object2 : 3
Object1 : 3
Object1 : 4
Object2 : 4

两个线程访问的是synchronized的静态方法
这种情况，由于锁住的是Class，在任何时候，该静态方法只有一个线程可以执行。

同时访问同步方法与非同步方法
当一个线程访问对象的一个同步方法时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非同步方法。

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public class SyncAndNoSync {
  public static void main(String[] args) {
    final SyncAndNoSync syncAndNoSync = new SyncAndNoSync();
 
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        syncAndNoSync.syncMethod();
      }
    }, "A");
    t1.start();
 
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        syncAndNoSync.noSyncMethod();
      }
    }, "B");
    t2.start();
  }
 
  public synchronized void syncMethod() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at syncMethod(): " + i);
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException ie) {
      }
    }
  }
 
  public void noSyncMethod() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at noSyncMethod(): " + i);
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException ie) {
      }
    }
  }
 
}

一种可能的输出结果：

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B at noSyncMethod(): 0
A at syncMethod(): 0
B at noSyncMethod(): 1
A at syncMethod(): 1
B at noSyncMethod(): 2
A at syncMethod(): 2
B at noSyncMethod(): 3
A at syncMethod(): 3
A at syncMethod(): 4
B at noSyncMethod(): 4

访问同一个对象的不同同步方法
当一个线程访问一个对象的同步方法A时，其他线程对该对象中所有其它同步方法的访问将被阻塞。因为第一个线程已经获得了对象锁，其他线程得不到锁，则虽然是访问不同的方法，但是没有获得锁，也无法访问。

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public class TwoSyncMethod {
  public static void main(String[] args) {
    final TwoSyncMethod twoSyncMethod = new TwoSyncMethod();
 
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        twoSyncMethod.syncMethod1();
      }
    }, "A");
    t1.start();
 
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        twoSyncMethod.syncMethod2();
      }
    }, "B");
    t2.start();
  }
 
  public synchronized void syncMethod1() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at syncMethod1(): " + i);
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException ie) {
      }
    }
  }
 
  public synchronized void syncMethod2() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " at syncMethod2(): " + i);
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException ie) {
      }
    }
  }
 
}

输出结果：

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A at syncMethod1(): 0
A at syncMethod1(): 1
A at syncMethod1(): 2
A at syncMethod1(): 3
A at syncMethod1(): 4
B at syncMethod2(): 0
B at syncMethod2(): 1
B at syncMethod2(): 2
B at syncMethod2(): 3
B at syncMethod2(): 4

 

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