关于android:Java之戳中痛点之-synchronized-深度解析

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概览：

  • 简介：作用、位置、不管制并发的影响
  • 用法：对象锁和类锁
  • 多线程拜访同步办法的 7 种状况
  • 性质：可重入、不可中断
  • 原理：加解锁原理、可重入原理、可见性原理
  • 缺点：效率低、不够灵便、无奈预判是否胜利获取到锁
  • 如何抉择 Lock 或 Synchronized
  • 如何进步性能、JVM 如何决定哪个线程获取锁
  • 总结

后续会有代码演示，测试环境 JDK8、IDEA

一、简介

1、作用

可能保障在同一时刻最多只有一个线程执行该代码，以保障并发平安的成果。

2、位置

  • Synchronized 是 Java 关键字，Java 原生反对
  • 最根本的互斥同步伎俩
  • 并发编程的元老级别

3、不管制并发的影响

测试：两个线程同时 a ++，猜一下后果 

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 不应用 synchronized, 两个线程同时 a ++  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedTest1 implements Runnable{static SynchronizedTest1 st = new SynchronizedTest1();  
  
    static int a = 0;  
  
    /**  
     * 不应用 synchronized, 两个线程同时 a ++  
     */  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(st);  
        Thread t2 = new Thread(st);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println(a);  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){for(int i=0; i<10000; i++){a++;}  
    }  
}

预期是 20000，但屡次执行的后果都小于 20000

10108  
11526  
10736  
...

二、用法：对象锁和类锁

1、对象锁

  • 代码块模式：手动指定锁对象
  • 办法锁模式：synchronized 润饰办法，锁对象默认为 this
package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 对象锁实例: 代码块模式  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedTest2 implements Runnable{static SynchronizedTest2 st = new SynchronizedTest2();  
  
    public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(st);  
        Thread t2 = new Thread(st);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        while(t1.isAlive() || t2.isAlive()){ }  
        System.out.println("run over");  
  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){synchronized (this){System.out.println("开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
            try {  
                // 模仿执行内容  
                Thread.sleep(3000);  
            }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
            }  
            System.out.println("执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
        }  
    }  
}  

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 对象锁实例：synchronized 办法  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedTest3 implements Runnable{static SynchronizedTest3 st = new SynchronizedTest3();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(st);  
        Thread t2 = new Thread(st);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){method();  
    }  
  
    public synchronized void method(){System.out.println("开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

后果：

 开始执行:Thread-0  
执行完结:Thread-0  
开始执行:Thread-1  
执行完结:Thread-1  
run over

2、类锁

概念：Java 类可能有多个对象，但只有一个 Class 对象

实质： 所谓的类锁，不过是 Class 对象的锁而已

用法和成果： 类锁只能在同一时刻被一个对象领有

模式 1：synchronized 加载 static 办法上

模式 2：synchronized(*.class) 代码块 

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 类锁：synchronized 加载 static 办法上  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedTest4 implements Runnable{static SynchronizedTest4 st1 = new SynchronizedTest4();  
    static SynchronizedTest4 st2 = new SynchronizedTest4();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(st1);  
        Thread t2 = new Thread(st2);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){method();  
    }  
  
    public static synchronized void method(){System.out.println("开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}  

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 类锁：synchronized(*.class) 代码块  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedTest5 implements Runnable{static SynchronizedTest4 st1 = new SynchronizedTest4();  
    static SynchronizedTest4 st2 = new SynchronizedTest4();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(st1);  
        Thread t2 = new Thread(st2);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){method();  
    }  
  
    public void method(){synchronized(SynchronizedTest5.class){System.out.println("开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
            try {  
                // 模仿执行内容  
                Thread.sleep(3000);  
            }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
            }  
            System.out.println("执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
        }  
    }  
}

后果：

 开始执行:Thread-0  
执行完结:Thread-0  
开始执行:Thread-1  
执行完结:Thread-1  
run over

三、多线程拜访同步办法的 7 种状况

  1. 两个线程同时拜访一个对象的雷同的 synchronized 办法
  2. 两个线程同时拜访两个对象的雷同的 synchronized 办法
  3. 两个线程同时拜访两个对象的雷同的 static 的 synchronized 办法
  4. 两个线程同时拜访同一对象的 synchronized 办法与非 synchronized 办法
  5. 两个线程拜访同一对象的不同的 synchronized 办法
  6. 两个线程同时拜访同一对象的 static 的 synchronized 办法与非 static 的 synchronized 办法
  7. 办法抛出异样后，会开释锁吗

认真看上面示例代码后果输入的后果，留神输入工夫距离，来预测论断

场景 1：

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 两个线程同时拜访一个对象的雷同的 synchronized 办法  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene1 implements Runnable{static SynchronizedScene1 ss = new SynchronizedScene1();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(ss);  
        Thread t2 = new Thread(ss);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){method();  
    }  
  
    public synchronized void method(){System.out.println("开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

场景 2：

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 两个线程同时拜访两个对象的雷同的 synchronized 办法  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene2 implements Runnable{static SynchronizedScene2 ss1 = new SynchronizedScene2();  
    static SynchronizedScene2 ss2 = new SynchronizedScene2();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(ss1);  
        Thread t2 = new Thread(ss2);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){method();  
    }  
  
    public synchronized void method(){System.out.println("开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

场景 3：

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 两个线程同时拜访两个对象的雷同的 static 的 synchronized 办法  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene3 implements Runnable{static SynchronizedScene3 ss1 = new SynchronizedScene3();  
    static SynchronizedScene3 ss2 = new SynchronizedScene3();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(ss1);  
        Thread t2 = new Thread(ss2);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){method();  
    }  
  
    public synchronized static void method(){System.out.println("开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

场景 4：

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 两个线程同时拜访同一对象的 synchronized 办法与非 synchronized 办法  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene4 implements Runnable{static SynchronizedScene4 ss1 = new SynchronizedScene4();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(ss1);  
        Thread t2 = new Thread(ss1);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){  
        // 模仿两个线程同时拜访 synchronized 办法与非 synchronized 办法  
        if(Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")){method1();  
        }else{method2();  
        }  
    }  
  
    public void method1(){System.out.println("method1 开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("method1 执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
  
    public synchronized void method2(){System.out.println("method2 开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("method2 执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

场景 5：

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 两个线程拜访同一对象的不同的 synchronized 办法  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene5 implements Runnable{static SynchronizedScene5 ss1 = new SynchronizedScene5();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(ss1);  
        Thread t2 = new Thread(ss1);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){  
        // 模仿两个线程同时拜访不同的 synchronized 办法  
        if(Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")){method1();  
        }else{method2();  
        }  
    }  
  
    public synchronized void method1(){System.out.println("method1 开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("method1 执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
  
    public synchronized void method2(){System.out.println("method2 开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("method2 执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

场景 6：

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 两个线程同时拜访同一对象的 static 的 synchronized 办法与非 static 的 synchronized 办法  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene6 implements Runnable{static SynchronizedScene6 ss1 = new SynchronizedScene6();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(ss1);  
        Thread t2 = new Thread(ss1);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){  
        // 模仿两个线程同时拜访 static 的 synchronized 办法与非 static 的 synchronized 办法  
        if(Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")){method1();  
        }else{method2();  
        }  
    }  
  
    public static synchronized void method1(){System.out.println("method1 开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("method1 执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
  
    public synchronized void method2(){System.out.println("method2 开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("method2 执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

场景 7：

在公众号顶级架构师回复“架构整洁”，获取惊喜礼包。

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 办法抛出异样后，会开释锁吗  
 *  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene7 implements Runnable{static SynchronizedScene7 ss1 = new SynchronizedScene7();  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1 = new Thread(ss1);  
        Thread t2 = new Thread(ss1);  
        t1.start();  
        t2.start();  
        t1.join();  
        t2.join();  
        System.out.println("run over");  
    }  
  
    @Override  
    public void run(){method1();  
    }  
  
    public synchronized void method1(){System.out.println("method1 开始执行:" + Thread.currentThread().getName());  
        try {  
            // 模仿执行内容  
            Thread.sleep(3000);  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }  
        // 模仿异样  
        throw new RuntimeException();  
        //System.out.println("method1 执行完结:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}

总结：

1、两个线程同时拜访一个对象的雷同的 synchronized 办法

同一实例领有同一把锁，其余线程必然期待，程序执行

2、两个线程同时拜访两个对象的雷同的 synchronized 办法

不同的实例领有的锁是不同的，所以不影响，并行执行

3、两个线程同时拜访两个对象的雷同的 static 的 synchronized 办法

动态同步办法，是类锁，所有实例是同一把锁，其余线程必然期待，程序执行

4、两个线程同时拜访同一对象的 synchronized 办法与非 synchronized 办法

非 synchronized 办法不受影响，并行执行

5、两个线程拜访同一对象的不同的 synchronized 办法

同一实例领有同一把锁，所以程序执行（阐明：锁的是 this 对象 == 同一把锁）

6、两个线程同时拜访同一对象的 static 的 synchronized 办法与非 static 的 synchronized 办法

static 同步办法是类锁，非 static 是对象锁，原理上是不同的锁，所以不受影响，并行执行

7、办法抛出异样后，会开释锁吗

会主动开释锁，这里区别 Lock，Lock 须要显示的开释锁

3 个核心思想：

  • 一把锁只能同时被一个线程获取，没有拿到锁的线程必须期待（对应 1、5 的情景）
  • 每个实例都对应有本人的一把锁，不同的实例之间互不影响；例外：锁对象是 *.class 以及 synchronized 被 static 润饰的时候，所有对象共用同一把锁（对应 2、3、4、6 情景）
  • 无论是办法失常执行结束还是办法抛出异样，都会开释锁（对应 7 情景）

补充：

问题：目前进入到被 synchronized 润饰的办法，这个办法里边调用了非 synchronized 办法，是线程平安的吗？在公众号顶级架构师回复“架构整洁”，获取惊喜礼包。

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
/**  
 * 目前进入到被 synchronized 润饰的办法，这个办法里边调用了非 synchronized 办法，是线程平安的吗？*  
 * @author JSON  
 */  
public class SynchronizedScene8 {public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {method1();  
        }).start();  
  
        new Thread(() -> {method1();  
        }).start();}  
  
    public static synchronized void method1() {method2();  
    }  
  
    private static void method2() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入非 Synchronized 办法");  
        try {Thread.sleep(3000);  
        } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();  
        }  
  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "完结非 Synchronized 办法");  
    }  
}

论断：这样是线程平安的

四、性质

1、可重入

指的是同一线程的外层函数获取锁之后，内层函数能够间接再次获取该锁

Java 典型的可重入锁：synchronized、ReentrantLock

益处： 防止死锁，晋升封装性

粒度： 线程而非调用

  • 状况 1：证实同一办法是可重入的
  • 状况 2：证实可重入不要求是同一办法
  • 状况 3：证实可重入不要求是同一类中的

2、不可中断

一旦这个锁被别的线程获取了，如果我当初想取得，我只能抉择期待或者阻塞，直到别的线程开释这个锁，如果别的线程永远不开释锁，那么我只能永远的期待上来。

相比之下，Lock 类能够领有中断的能力，第一点：如果我感觉我期待的工夫太长了，有权中断当初曾经获取到锁的线程执行；第二点：如果我感觉我期待的工夫太长了不想再等了，也能够退出。

五、原理

1、加解锁原理（景象、机会、深刻 JVM 看字节码）

景象： 每一个类的实例对应一把锁，每一个 synchronized 办法都必须首先取得调用该办法的类的实例的锁，方能执行，否则就会阻塞，办法执行实现或者抛出异样，锁被开释，被阻塞线程能力获取到该锁，执行。

获取和开释锁的机会： 内置锁或监视器锁 

package cn.jsonshare.java.base.synchronizedtest;  
  
import java.util.concurrent.locks.Lock;  
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
  
/**  
 * method1 等价于 method2  
 *  
 * @author JSON  
 * @date 2019-08-29  
 */  
public class SynchronizedToLock1 {Lock lock = new ReentrantLock();  
  
    public synchronized void method1(){System.out.println("执行 method1");  
    }  
  
    public void method2(){lock.lock();  
        try {System.out.println("执行 method2");  
        }catch (Exception e){e.printStackTrace();  
        }finally {lock.unlock();  
        }  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {SynchronizedToLock1 sl = new SynchronizedToLock1();  
  
        // method1 等价于 method2  
        sl.method1();  
        sl.method2();}  
}

深刻 JVM 看字节码：

...  
monitorenter 指令  
...  
monitorexit 指令  
...

2、可重入原理（加锁次数计数器）

JVM 负责跟踪对象被加锁的次数

线程第一次给对象加锁的时候，计数变为 1，每当这个雷同的线程在此对象上再次取得锁时，计数会递增

每当工作来到时，计数递加，当计数为 0 的时候，锁被齐全开释

3、可见性原理（内存模型）

Java 内存模型

线程 A 向线程 B 发送数据的过程（JMM 管制）

synchronized 关键字实现可见性：

被 synchronized 润饰，那么执行实现后，对对象所做的任何批改都要在开释锁之前，都要从线程内存写入到主内存，所以主内存中的数据是最新的。

六、缺点

1、效率低

1)、锁的开释状况少（线程执行实现或者异常情况开释）

2)、试图取得锁时不能设定超时（只能期待）

3)、不能中断一个正在试图取得锁的线程（不能中断）

2、不够灵便

加锁和开释的机会比拟繁多，每个锁仅有繁多的条件（某个对象），可能是不够的

比方：读写锁更灵便

3、无奈预判是否胜利获取到锁

七、常见问题

1、synchronized 关键字留神点：

  • 锁对象不能为空
  • 作用域不宜过大
  • 防止死锁

2、如何抉择 Lock 和 synchronized 关键字？

总结倡议（优先防止出错的准则）：

  • 如果能够的话，尽量优先应用 java.util.concurrent 各种类（不须要思考同步工作，不容易出错）
  • 优先应用 synchronized，这样能够缩小编写代码的量，从而能够缩小出错率
  • 若用到 Lock 或 Condition 独有的个性，才应用 Lock 或 Condition

八、总结

一句话总结 synchronized：

JVM 会主动通过应用 monitor 来加锁和解锁，保障了同一时刻只有一个线程能够执行指定的代码，从而保障线程平安，同时具备可重入和不可中断的个性。

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正文完
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发表至： android
2022-02-13
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