java 线程安全 synchronized

Posted 2020-08-08

一、线程安全问题：

并发编程的原则：设计并发编程的目的是为了使程序获得更高的执行效率，但绝不能出现数据一致性(数据准确)问题，如果并发程序连最基本的执行结果准确性都无法保证，那并发编程就没有任何意义。

为什么会出现数据不正确：

　　如果一个资源（变量，对象，文件，数据库）可以同时被很多线程使用就会出现数据不一致问题，也就是我们说的线程安全问题。这样的资源被称为共享资源或临界区。

　　举个例子：

　　　　一个共享变量m，现在有两个线程同时对它进行累加操作，各执行10000次，那么我么期待的结果是20000，但实际上并不是这样的。看代码：

package com.jalja.base.threadTest;

public class SynchronizedTest implements Runnable{
    private static volatile int m=0;
    public static void main(String[] args) {
        Runnable run=new SynchronizedTest();
        Thread thread1=new Thread(run);
        Thread thread2=new Thread(run);
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            //join() 使main线程等待这连个线程执行结束后继续执行下面的代码
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m的最终结果："+m);
    }
    public void run() {
        for(int i=0;i<10000;i++){
            m++;
        }
    }
}

无论运行多少次 m总是小于20000。为什么会出现这样的结果呢？当线程thread1在将m++的结果写入内存之前，线程thread2已经从内存中读取了m的值，并在这个值（过时值）上进行++操作，最后将m=1写入内存中（可能就覆盖了thread1计算的m=1的值，也可能是出现thread1覆盖了thread2的值）。出现这样的结果是必然的。
如何控制多线程操作共享数据引起的数据准确性问题呢？使用“序列化访问临界资源”的方案，即在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源，也称作同步互斥访问，也就是保证我们的共享资源每次只能被一个线程使用，一旦该资源被线程使用，其他线程将不得拥有使用权。在Java中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized和Lock。

二、互斥访问之synchronized（同步方法或者同步块）

　　互斥锁：顾名思义，就是互斥访问目的的锁。

　　举个简单的例子：如果对临界资源加上互斥锁，当一个线程在访问该临界资源时，其他线程便只能等待。

　　在Java中，每一个对象都拥有一个锁标记（monitor），也称为监视器，多线程同时访问某个对象时，只有拥有该对象锁的线程才能访问。

　　在Java中，可以使用synchronized关键字来标记一个需要同步的方法或者同步代码块，当某个线程调用该对象的synchronized方法或者访问synchronized代码块时，这个线程便获得了该对象的锁，其他线程暂时无法访问这个方法，只有等待这个方法执行完毕或者代码块执行完毕，这个线程才会释放该对象的锁，其他线程才能执行这个方法或者代码块。通过这种方式达到我们上面提到的在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源。

　　synchronized用法：

　　1、同步代码块

synchronized(synObject) {

         
    }

用法：将synchronized作用于一个给定的对象或类的一个属性，所以每当有线程执行这段代码块，该线程会先请求获取对象synObject的锁，如果该锁已被其他线程占有，那么新的线程只能等待，从而使得其他线程无法同时访问该代码块。

package com.jalja.base.threadTest;

public class SynchronizedTest implements Runnable{
    private static volatile int m=0;
    public static void main(String[] args) {
        Runnable run=new SynchronizedTest();
        Thread thread1=new Thread(run);
        Thread thread2=new Thread(run);
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            //join() 使main线程等待这连个线程执行结束后继续执行下面的代码
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m的最终结果："+m);
    }
    public void run() {
        synchronized (this) {
            for(int i=0;i<10000;i++){
                m++;
            }
        }
    }
}

该代码是使用当前对象作为互斥锁，下面我们使用类的一个属性作为互斥锁。

package com.jalja.base.threadTest;

public class SynchronizedTest implements Runnable{
    private static volatile int m=0;
    private Object object=new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Runnable run=new SynchronizedTest();
        Thread thread1=new Thread(run);
        Thread thread2=new Thread(run);
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            //join() 使main线程等待这连个线程执行结束后继续执行下面的代码
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m的最终结果："+m);
    }
    public void run() {
        synchronized (object) {
            for(int i=0;i<10000;i++){
                m++;
            }
        }
    }
}

1、同步方法

package com.jalja.base.threadTest;

public class SynchronizedTest implements Runnable{
    private static int m=0;
    public static void main(String[] args) {
        Runnable run=new SynchronizedTest();
        Thread thread1=new Thread(run);
        Thread thread2=new Thread(run);
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            //join() 使main线程等待这连个线程执行结束后继续执行下面的代码
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m的最终结果："+m);
    }
    public synchronized void run() {
        for(int i=0;i<10000;i++){
            m++;
        }
    }
}

这段代码中，synchronzied作用于一个实例方法，就是说当线程在进入run()方法前，必须获取当前对象实例锁，本例中对象实例锁就是run。在这里提醒大家认真看这三段代码中main函数的实现，在这里我们使用Runnable创建两个线程，并且这两个线程都指向同一个Runnable接口实例，这样才能保证两个线程在工作中，使用同一个对象锁，从而保证线程安全。

一种错误的理解：

package com.jalja.base.threadTest;

public class SynchronizedTest implements Runnable{
    private static int m=0;
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1=new Thread(new SynchronizedTest());
        Thread thread2=new Thread(new SynchronizedTest());
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            //join() 使main线程等待这连个线程执行结束后继续执行下面的代码
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m的最终结果："+m);
    }
    public synchronized void run() {
        for(int i=0;i<10000;i++){
            m++;
        }
    }
}

这段代码的运行结果是错误的，请看main函数的实现方式，使用Runnable创建两个线程，但是两个线程拥有各自的Runnable实例，所以当thread1线程进入同步方法时加的是自己的对象实例锁，而thread2在进入同步方法时关注的是自己的实例锁，两个线程拥有不同的对象实例锁，因此无法达到互斥的要求。

略作改动：

package com.jalja.base.threadTest;

public class SynchronizedTest implements Runnable{
    private static int m=0;
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1=new Thread(new SynchronizedTest());
        Thread thread2=new Thread(new SynchronizedTest());
        thread1.start();
        thread2.start();
        try {
            //join() 使main线程等待这连个线程执行结束后继续执行下面的代码
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m的最终结果："+m);
    }
    public void run() {
        for(int i=0;i<10000;i++){
            count();
        }
     }
    public static synchronized void count(){
        m++;
    }
}