从Java线程到kotlin协程之线程同步（synchronized关键字）

Posted 2021-06-27 XeonYu

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了从Java线程到kotlin协程之线程同步（synchronized关键字）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

从Java线程到kotlin协程之线程合并（join）

线程的同步

简单来讲，当多个线程要对同一个内存地址进行操作时（一般都是写操作），同一时间只能有一个线程对该内存地址进行操作，其他线程不可以对该内存地址进行操作，此时，其他线程处于BLOCKED （阻塞）状态，这个就是线程同步。

线程同步主要是为了解决数据安全的问题。

我们先来看个经典的卖票例子。

举个例子，总共有30张票，分5个窗口同时售卖，不加同步的代码如下


object Ticket {
    /*总共票数*/
    var totalCount = 30

    /*当前售出的票数*/
    private var currentNumber = 1

    /*卖票*/
    fun sale() {
        if (totalCount == 0) {
            println("${Thread.currentThread().name} 票卖完了")
            return
        }

        totalCount--
        println("${Thread.currentThread().name} 卖出第${currentNumber}张票，剩余${totalCount}张票")
        currentNumber++

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100)
    }
    
}

main方法如下，模拟5个窗口同时卖票

fun main() {
    for (i in 1..5) {
        Thread({
            while (Ticket.totalCount > 0) {
                Ticket.sale()
            }
        }, "窗口" + i).start()

    }
}

运行结果如下：
在这里插入图片描述

可以看到，卖票的数据明显是不对的。

原因是多个线程同时对Ticket中的count做了操作，造成了数据不安全，导致其他线程访问的数据不是正确的数据。

像这种多个线程同时对同一个内存地址做操作，为了保证数据安全，我们就需要做线程同步操作

synchronized 关键字

synchronized是JVM提供的关键字，该关键字相当于给资源上锁，要访问资源就必须先拿到锁，如果锁被其他线程持有，则当前线程处于BLOCKED(阻塞)状态，等待锁释放，然后去争夺锁获得执行机会。

synchronized 可以用在以下代码中

实例方法（非静态方法）
静态方法
代码块

还是上面的代码，用Java版本加上synchronized 关键字来看一下


public class TestSynchronized {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {

                while (Ticket.totalCount > 0) {
                    Ticket.sale();
                }

            }, "窗口" + i).start();
        }
    }


}

class Ticket {
    public static int totalCount = 30;

    private static int number = 1;

    /*卖票*/
    public static synchronized void sale() {
        if (totalCount == 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票卖完了");
            return;
        }
        totalCount--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + number + "张票，剩余" + totalCount + "张票");
        number++;
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

可以看到，我们给sale静态方法加上了synchronized关键字，下面来看看运行结果

在这里插入图片描述
可以看到，这下数据就是正常的了。

需要注意的是，在使用synchronized的时候，要注意synchronized锁的资源是否是同一个，只有锁的资源是同一个，同步代码才会生效。简单来说，要想实现同步，多个线程竞争的锁要是独一份。

上面我们那个是锁的静态方法，下面我们来试试锁代码块

class Ticket {
    public static int totalCount = 30;

    private static int number = 1;

    /*卖票*/
    public static void sale() {

        synchronized (Ticket.class) {
            if (totalCount == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票卖完了");
                return;
            }
            totalCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + number + "张票，剩余" + totalCount + "张票");
            number++;
        }

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

上面我们同步代码块锁住的是Ticket.class，我们只需要锁住需要被同步的代码即可。
我们再来看看运行结果：
在这里插入图片描述
可以看到，结果是符合预期的。
下面我们来试试锁住不同的资源试一下，代码如下

class Ticket {
    public static int totalCount = 30;

    private static int number = 1;

    /*卖票*/
    public static void sale() {

        synchronized (new Ticket()) {
            if (totalCount == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票卖完了");
                return;
            }
            totalCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + number + "张票，剩余" + totalCount + "张票");
            number++;
        }

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

上面代码我们的同步代码块锁是每次都new一个对象，这样，锁肯定不是同一个。再来看下运行结果：
在这里插入图片描述
运行结果可以看到，数据又变成不正确的了。

锁实例方法用法也是类似，代码如下：

public class TestSynchronized {

    public static void main(String[] args) {


        Ticket ticket = new Ticket();
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {

                while (ticket.totalCount > 0) {
                    ticket.sale();
                }

            }, "窗口" + i).start();
        }
    }


}

class Ticket {
    public int totalCount = 30;

    private int number = 1;

    /*卖票*/
    public synchronized void sale() {


        if (totalCount == 0) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票卖完了");
            return;
        }
        totalCount--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + number + "张票，剩余" + totalCount + "张票");
        number++;

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

运行结果如下：
在这里插入图片描述

可以看到，结果是正常的。

下面我们再来看看不同实例的同步方法运行是什么样的。
main方法代码如下：

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {

                Ticket ticket = new Ticket();
                while (ticket.totalCount > 0) {
                    ticket.sale();
                }

            }, "窗口" + i).start();
        }
    }

运行结果如下
在这里插入图片描述

这个就相当于，起了5个线程，每个线程单独执行任务，跟同步没啥关系了。

所以，在使用synchronized关键字的时候，我们要特别注意线程争夺的锁是否是同一个。

还是上面的代码，我们只需要保证，不同线程拿到的实例是同一个就行。
这就是日常开发中很常见的单例模式。

下面我们来改造下代码，如下：


class Ticket {


    private static Ticket ticket = null;


    public int totalCount = 30;

    private int number = 1;


    private Ticket() {

    }


    /*线程安全的单例模式*/
    public static Ticket newInstance() {

        if (ticket == null) {
            synchronized (Ticket.class) {

                if (ticket == null) {
                    synchronized (Ticket.class) {
                        ticket = new Ticket();
                    }
                }

            }
        }
        return ticket;
    }

    /*卖票*/
    public void sale() {

        synchronized (Ticket.class) {
            if (totalCount == 0) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "票卖完了");
                return;
            }
            totalCount--;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出了第" + number + "张票，剩余" + totalCount + "张票");
            number++;
        }
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

main方法

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {

                Ticket ticket = Ticket.newInstance();

                System.out.println("ticket对象地址" + ticket);
                while (ticket.totalCount > 0) {
                    ticket.sale();
                }

            }, "窗口" + i).start();
        }
    }

我们再来看下运行结果：

在这里插入图片描述

可以看到，由于我们将获取Ticket对象写成了线程安全的单例模式，所以，就不会出现5个对象各自执行的情况了。

下面简单用kotlin实现一下同样的效果，代码如下：

fun main() {
    for (i in 1..5) {


        val ticket = Ticket.newInstance

        println("ticket = ${ticket}")
        Thread({
            while (ticket.totalCount > 0) {
                ticket.sale()
            }
        }, "窗口" + i).start()

    }

}

class Ticket private constructor() {


    /*总共票数*/
    var totalCount = 30

    /*当前售出的票数*/
    private var currentNumber = 1

    companion object {
        /*线程安全的懒汉式单例*/
        val newInstance by lazy(LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED) { Ticket() }
    }

    /*卖票*/
    fun sale() {

        synchronized(Ticket::class.java) {
            if (totalCount == 0) {
                println("${Thread.currentThread().name} 票卖完了")
                return
            }

            totalCount--
            println("${Thread.currentThread().name} 卖出第${currentNumber}张票，剩余${totalCount}张票")
            currentNumber++

        }

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100)
    }

}

运行结果如下：
在这里插入图片描述

也是ok的，没有什么问题

好了，synchronized关键字大概就是这些。

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以上是关于从Java线程到kotlin协程之线程同步（synchronized关键字）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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从Java线程到kotlin协程之线程合并（join）

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