java的同步实现

Posted 2020-09-13 寻的足迹

在java编程中，经常需要用到同步，而同步的实现使用最多的就是synchronized关键字了。

synchronized关键字涉及到“锁”的概念，首先先了解一下相关锁的知识。

java的内置锁：每个java对象都可以用做一个实现同步的锁，这些锁成为内置锁。线程进入同步代码块或方法的时候会自动获得该锁，在退出同步代码块或方法时会释放该锁。获得内置锁的唯一途径就是进入这个锁的保护的同步代码块或方法。

java内置锁是一个互斥锁，这就是意味着最多只有一个线程能够获得该锁，当线程A尝试去获得线程B持有的内置锁时，线程A必须等待或者阻塞，直到线程B释放这个锁，如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。

java中的锁按级别可分为：对象锁或方法锁，类锁这两种。

java的对象锁（或方法锁）和类锁在锁的概念上与内置锁基本一致，但对象锁和类锁之间是有很大区别的。

区别：1、对象锁用于对象实例方法，类锁是用于类的静态方法或者一个类的class对象上。

　　   2、类的对象可以有多个，所以不同的对象实例可以有多个对象锁，且互不干扰。每个类只有一个class对象，所以每个类只有一个类锁。

synchronized的用法：synchronized修改方法或者synchronized修饰代码块。

下面通过具体实例分析两种用法在对象锁和类锁上区别：

对象锁的synchronized修饰方法和代码块：

public class TestSynchronizedForObjectLock {
    
    public void test1(){
        synchronized(this){
            int i=5;
            while(i-- > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    
    public synchronized void test2(){
        int i =5;
        while(i-- > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestSynchronizedForObjectLock t = new TestSynchronizedForObjectLock();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable(){public void run(){t.test1();}},"test1");
        Thread t2 = new Thread(new Runnable(){public void run(){t.test2();}},"test2");
        
        t1.start();
        t2.start();
    }

}

其运行结果：

test1:4
test1:3
test1:2
test1:1
test1:0
test2:4
test2:3
test2:2
test2:1
test2:0

上述的代码，第一个方法时用了同步代码块的方式进行同步，传入的对象实例是this，表明是当前对象；第二个方法是修饰方法的方式进行同步。因为第一个同步代码块传入的this，所以两个同步代码所需要获得的对象锁都是同一个对象锁，下面main方法时分别开启两个线程，分别调用test1和test2方法，那么两个线程都需要获得该对象锁，另一个线程必须等待。上面也给出了运行的结果可以看到：直到test1线程执行完毕，释放掉锁，test2线程才开始执行。

如果我们把test2方法的synchronized关键字去掉，执行结果会如何呢？运行结果：

test1:4
test2:4
test2:3
test1:3
test2:2
test1:2
test2:1
test1:1
test2:0
test1:0

上面是执行结果，我们可以看到，结果输出是交替着进行输出的，这是因为，某个线程得到了对象锁，但是另一个线程还是可以访问没有进行同步的方法或者代码。进行了同步的方法（加锁方法）和没有进行同步的方法（普通方法）是互不影响的，一个线程进入了同步方法，得到了对象锁，其他线程还是可以访问那些没有同步的方法（普通方法）。

所以synchronized只是一个内置锁的加锁机制，当某个方法加上synchronized关键字后，就表明要获得该内置锁才能执行，并不能阻止其他线程访问不需要获得该内置锁的方法。

类锁的synchronized修饰方法和代码块：

public class TestSynchronizedForClassLock {
    
    public void test3(){
        
        synchronized(this.getClass()){
            int i=5;
            while(i-- > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    
    public static synchronized void test4(){
        int i=5;
        while(i-- > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestSynchronizedForClassLock c = new TestSynchronizedForClassLock();
        Thread t3 = new Thread(new Runnable(){public void run(){c.test3();}});
        Thread t4 = new Thread(new Runnable(){public void run(){TestSynchronizedForClassLock.test4();}});
        
        t3.start();
        t4.start();

    }
}

运行结果：

Thread-0:4
Thread-0:3
Thread-0:2
Thread-0:1
Thread-0:0
Thread-1:4
Thread-1:3
Thread-1:2
Thread-1:1
Thread-1:0

其实，类锁修饰方法和代码块的效果和对象锁是一样的，因为类锁只是一个抽象出来的概念，只是为了区别静态方法的特点，因为静态方法是所有对象实例共用的，所以对应着synchronized修饰的静态方法的锁也是唯一的，所以抽象出来个类锁。其实这里的重点在下面这块代码，synchronized同时修饰静态和非静态方法：

public class TestSynchronizedForClassLock {
    
    public synchronized void test3(){
        
            int i=5;
            while(i-- > 0){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
                
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        
    }
    
    public static synchronized void test4(){
        int i=5;
        while(i-- > 0){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
            
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestSynchronizedForClassLock c = new TestSynchronizedForClassLock();
        Thread t3 = new Thread(new Runnable(){public void run(){c.test3();}});
        Thread t4 = new Thread(new Runnable(){public void run(){TestSynchronizedForClassLock.test4();}});
        
        t3.start();
        t4.start();

    }
}

运行结果：

Thread-0:4
Thread-1:4
Thread-0:3
Thread-1:3
Thread-0:2
Thread-1:2
Thread-0:1
Thread-1:1
Thread-1:0
Thread-0:0

上面代码synchronized同时修饰静态方法和实例方法，但是运行结果是交替进行的，这证明了类锁和对象锁是两个不一样的锁，控制着不同的区域，它们是互不干扰的。同样，线程获得对象锁的同时，也可以获得该类锁，即同时获得两个锁，这是允许的。