Java多线程6：Synchronized锁代码块（this和任意对象）

时间：2022-04-20 13:05:34

一、Synchronized(this)锁代码块

 　　用关键字synchronized修饰方法在有些情况下是有弊端的，若是执行该方法所需的时间比较长，线程1执行该方法的时候，线程2就必须等待。这种情况下就可以使用synchronized同步该方法中会引起线程安全的那部分代码，其余不会引起线程安全的就不需要同步，这部分代码就可以多线程并发执行，减少时间提高效率。

　　举例：多线程执行同一个方法时，同步方法和同步代码块花费时间的比较

　　1、synchronized修饰方法（同步方法）

　　synchronized修饰longTimeTask方法，其中花费时间比较长的且与线程安全无关的是37-39行代码，会引起线程安全问题的是42-46。

 1 public class ThreadSynch {
 2 
 3     private int num;
 4 
 5     public synchronized void longTimeTask(String userName){
 6         //定义各线程的进入时间
 7         long thread0StartTime = 0L;
 8         long thread1StartTime = 0L;
 9         long thread2StartTime = 0L;
10         long thread3StartTime = 0L;
11         long thread4StartTime = 0L;
12         //定义各线程执行该方法所需的时间
13         long thread0LastTime;
14         long thread1LastTime;
15         long thread2LastTime;
16         long thread3LastTime;
17         long thread4LastTime;
18         //显示各线程进入的时间
19         if(Thread.currentThread().getName().contains("-0")){
20             thread0StartTime = System.currentTimeMillis();
21             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread0StartTime);
22         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-1")){
23             thread1StartTime = System.currentTimeMillis();
24             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread1StartTime);
25         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-2")){
26             thread2StartTime = System.currentTimeMillis();
27             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread2StartTime);
28         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-3")){
29             thread3StartTime = System.currentTimeMillis();
30             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread3StartTime);
31         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-4")){
32             thread4StartTime = System.currentTimeMillis();
33             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread4StartTime);
34         }
35 
36         //花费时间较长，与线程安全无关的代码
37         for(int i = 200000000; i > 0; i--) {
38             String nameID = Thread.currentThread().getName() + Thread.currentThread().getId();
39         }
40 
41         //与线程安全相关的代码块
42         if("zs".equals(userName)){
43             num = 100;
44         }else if("ls".equals(userName)){
45             num = 200;
46         }
47 
48         //显示各线程执行该方法的时间
49         if(Thread.currentThread().getName().contains("0")){
50             thread0LastTime = System.currentTimeMillis() - thread0StartTime;
51             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread0LastTime + "ms");
52         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("1")){
53             thread1LastTime = System.currentTimeMillis() - thread1StartTime;
54             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread1LastTime + "ms");
55         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("2")){
56             thread2LastTime = System.currentTimeMillis() - thread2StartTime;
57             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread2LastTime + "ms");
58         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("3")){
59             thread3LastTime = System.currentTimeMillis() - thread3StartTime;
60             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread3LastTime + "ms");
61         }else if(Thread.currentThread().getName().contains("4")){
62             thread4LastTime = System.currentTimeMillis() - thread4StartTime;
63             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread4LastTime + "ms");
64         }
65 
66     }
67 }

　　继承Thread的Thread01类，其run方法调用上述对象的longTimeTask方法

public class Thread01 extends Thread{
    private ThreadSynch threadSynch;

    public Thread01(ThreadSynch threadSynch) {
        this.threadSynch = threadSynch;
    }

    @Override
    public void run() {
        threadSynch.longTimeTask("ls");
    }
}

　　测试，构建同一对象的多个线程

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadSynch threadSynch = new ThreadSynch();
        //五个线程使用同一个对象构建
        Thread thread01 = new Thread01(threadSynch);
        Thread thread02 = new Thread01(threadSynch);
        Thread thread03 = new Thread01(threadSynch);
        Thread thread04 = new Thread01(threadSynch);
        Thread thread05 = new Thread01(threadSynch);
        //五个线程同时调用该对象中的方法
        thread01.start();
        thread02.start();
        thread03.start();
        thread04.start();
        thread05.start();
    }
}

　　结果：

Thread-0进入时间为====1553150692703
Thread-0执行时间为===8437ms
Thread-3进入时间为====1553150701140
Thread-3执行时间为===7014ms
Thread-1进入时间为====1553150708154
Thread-1执行时间为===7002ms
Thread-4进入时间为====1553150715157
Thread-4执行时间为===7121ms
Thread-2进入时间为====1553150722278
Thread-2执行时间为===7147ms

　　说明：因为synchronized修饰的是整个方法，所以线程Thread-0访问longTimeTask方法的时候，其余四个线程都处于阻塞状态，待其执行结束释放锁的时候，线程Thread-3开始执行，其余三个线程还是处于阻塞状态，所以，这五个线程执行完毕所需的时间是各自执行时间的相加，8.4 + 7.0 + 7.0 + 7.1 + 7.1 = 36.6s。

　　2、synchronized修饰代码块（同步代码块）

　　synchronized由同步方法改为同步方法中引起线程安全问题的代码块，其余都不变

public class ThreadSynch {

    private int num;

    public void longTimeTask(String userName){
        long thread0StartTime = 0L;
        long thread1StartTime = 0L;
        long thread2StartTime = 0L;
        long thread3StartTime = 0L;
        long thread4StartTime = 0L;
        long thread0LastTime;
        long thread1LastTime;
        long thread2LastTime;
        long thread3LastTime;
        long thread4LastTime;
        if(Thread.currentThread().getName().contains("-0")){
            thread0StartTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread0StartTime);
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-1")){
            thread1StartTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread1StartTime);
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-2")){
            thread2StartTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread2StartTime);
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-3")){
            thread3StartTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread3StartTime);
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("-4")){
            thread4StartTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入时间为====" + thread4StartTime);
        }

        //花费时间较长，与线程安全无关的代码
        for(int i = 200000000; i > 0; i--) {
            String nameID = Thread.currentThread().getName() + Thread.currentThread().getId();
        }

        //与线程安全相关的代码块用synchronized修饰
        synchronized(this){
            if("zs".equals(userName)){
                num = 100;
            }else if("ls".equals(userName)){
                num = 200;
            }
        }

        if(Thread.currentThread().getName().contains("0")){
            thread0LastTime = System.currentTimeMillis() - thread0StartTime;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread0LastTime + "ms");
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("1")){
            thread1LastTime = System.currentTimeMillis() - thread1StartTime;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread1LastTime + "ms");
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("2")){
            thread2LastTime = System.currentTimeMillis() - thread2StartTime;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread2LastTime + "ms");
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("3")){
            thread3LastTime = System.currentTimeMillis() - thread3StartTime;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread3LastTime + "ms");
        }else if(Thread.currentThread().getName().contains("4")){
            thread4LastTime = System.currentTimeMillis() - thread4StartTime;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行时间为===" + thread4LastTime + "ms");
        }

    }
}

　　同样的五个线程访问，看一下结果：

Thread-0进入时间为====1553151204348
Thread-3进入时间为====1553151204348
Thread-1进入时间为====1553151204348
Thread-2进入时间为====1553151204348
Thread-4进入时间为====1553151204380
Thread-3执行时间为===19330ms
Thread-2执行时间为===19383ms
Thread-1执行时间为===19854ms
Thread-4执行时间为===20498ms
Thread-0执行时间为===20782ms

　　说明：因为synchronized修饰的是方法中会引起线程安全问题的代码块，所以仅仅是这一部分代码无法并发执行。可以看到Thread-0，Thread-1，Thread-2，Thread-3，Thread-4几乎同时进入longTimeTask方法，并发执行for循环中花费时间较长的代码，由结果看，Thread-3最先执行完这部分代码，开始执行synchronized修饰的代码块，其余四个线程随后进入阻塞状态。因为同步代码块中执行时间较短，Thread-3执行完后，Thread-2开始执行，最后是Thread-0执行，至此，五个线程执行完毕，所花费的时间就是Thread-0花费的时间，即20.8s。

　　可以看到，在longTimeTask方法中，synchronized由修饰方法改为修饰代码块，多线程执行所花费的时间由36.6s变成20.8s，执行时间明显减少，效率提升。

 二、任意对象作为对象监视器

　　2.1 上述同步代码块使用的是synchronized(this)格式，其实Java还支持对“任意对象”作为对象监视器来实现同步的功能。这种任意对象大多是该方法所属类中的实例变量或该方法的参数，不然抛开这个类去使用别的对象作为对象监视器，意义不大。使用的格式是synchronized(非this的任意对象)。

　　举例：以ThreadSynch类中的变量student作为对象监视器去同步代码块

public class ThreadSynch {

    private Student student = new Student();
    private String schoolName;

    public void setNameAndPassWord(String name,String age){
        synchronized(student){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "进入同步代码块");
            try {
                Thread.sleep(3000);
                this.student.setName(name);
                this.student.setAge(age);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "离开同步代码块");
        }
    }
}

　　Thread01的run方法调用setNameAndPassWord方法

public class Thread01 extends Thread{
    private ThreadSynch threadSynch;

    public Thread01(ThreadSynch threadSynch) {
        this.threadSynch = threadSynch;
    }

    @Override
    public void run() {
        threadSynch.setNameAndPassWord("ls","11");
    }
}

　　测试：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadSynch threadSynch = new ThreadSynch();
        //三个线程使用同一个对象构建
        Thread thread01 = new Thread01(threadSynch);
        Thread thread02 = new Thread01(threadSynch);
        Thread thread03 = new Thread01(threadSynch);
        //三个线程同时调用该对象中的方法
        thread01.start();
        thread02.start();
        thread03.start();
    }
}

　　结果：

Thread-1===进入同步代码块
Thread-1===离开同步代码块
Thread-2===进入同步代码块
Thread-2===离开同步代码块
Thread-0===进入同步代码块
Thread-0===离开同步代码块

　　说明：Thread-0，Thread-1，Thread-2执行到同步代码块synchronized(student)时，都会去获取与student对象关联的monitor，判断该monitor是否被别的线程所有，因为三个线程中的student都是同一个对象，所以一个线程执行的时候，与student关联的那个monitor会被当前线程所有，别的线程都会处于阻塞状态。

　　稍微改一下ThreadSynch类中setNameAndPassWord的方法，添加7-9行的代码

 1 public class ThreadSynch {
 2 
 3     private Student student = new Student();
 4     private String schoolName;
 5 
 6     public void setNameAndPassWord(String name,String age){
 7         if(Thread.currentThread().getName().contains("1")){
 8             student = new Student();
 9         }
10         synchronized(student){
11             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "进入同步代码块");
12             try {
13                 Thread.sleep(3000);
14                 this.student.setName(name);
15                 this.student.setAge(age);
16             } catch (InterruptedException e) {
17                 e.printStackTrace();
18             }
19             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "===" + "离开同步代码块");
20         }
21     }
22 }

　　其余都不变，看一下结果：

Thread-0===进入同步代码块
Thread-1===进入同步代码块
Thread-0===离开同步代码块
Thread-1===离开同步代码块
Thread-2===进入同步代码块
Thread-2===离开同步代码块

　　说明：可以看到，Thread-0和Thread-1同时进入同步代码块。分析一下原因，Thread-0执行到synchronized(student)时，会去获取与该student对象关联的monitor的所有权，该monitor没有被别的线程占有，Thread-0进入同步代码块中。Thread-1执行setNameAndPassWord方法的时候，新添加的7-9行的代码将student变量指向了一个新的student对象，此时的student对象和Thread-0时的student对象已经不是同一个了，对应的monitor也不是Thread-0时的那个monitor，所以Thread-1在Thread-0还未离开同步代码块的时候，也可以进入到同步代码块中执行。但Thread-2执行同步代码块时的student还是Thread-1时的那个student，所以Thread-2只能等到Thread-1执行结束，才能进入同步代码块中。

　　所以，多个线程访问同步代码块时，只要synchronized(this对象/非this对象)中的对象是同一个对象，那么同一时间只能有一个线程可以执行同步代码块中的内容。这里注意一下当任意对象是string类型时，使用不当可能会有一些麻烦。具体就是以下两个例子：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "111";
        String str2 = "111";
        System.out.println(str1 == str2);

        String str3 = new String("222");
        String str4 = new String("222");
        System.out.println(str3 == str4);

    }
}

　　结果：

true
false

　　多线程并发执行时，当synchronized(str1)由str1变成str2时，其余线程是否还会处于阻塞状态(会)。

　　多线程并发执行时，当synchronized(str3)由str3变成str4时，其余线程是否还会处于阻塞状态(不会)。

　　具体的string常量与new String对象的区别，参见这篇文章从为什么String=String谈到StringBuilder和StringBuffer。

 

参考资料：

Java多线程5：synchronized锁方法块

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