JUC并发编程 -- 避免临界区的竞态条件之synchronized 解决方案(同步代码块)

Posted 2021-09-12 Z && Y

1. synchronized 解决方案

应用之互斥

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。

• 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
• 非阻塞式的解决方案：原子变量

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1.1 synchronized 介绍

• synchronized，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换

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1.2 注意

虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

• 互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码
• 同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点

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1.3 synchronized 语法

synchronized(对象) 
{
 临界区(对象需要受保护的代码)
}

原理:

同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。(进入blocked状态)

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1.4 具体示例:

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次

代码:

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.Test17")
public class Test17 {
    static int counter = 0;
    // 建立一个被锁住的对象
    static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                synchronized (lock) {
                    counter++;
                }
            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                synchronized (lock) {
                    counter--;
                }
            }
        }, "t2");

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        log.debug(": {}", counter);
    }
}

运行结果:

示例代码进行面向对象改进(运行结果同上):

把互斥的逻辑封装到了类中，对外只需要简单的去调用方法，至于对共享资源的保护，由类部实现

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j(topic = "c.Test17")
public class Test17 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Room room = new Room();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                room.increment();
            }
        }, "t1");

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5000; i++) {
                room.decrement();
            }
        }, "t2");

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        log.debug("{}", room.getCounter());
    }
}

class Room {
    private int counter = 0;

    public void increment() {
        synchronized (this) {
            counter++;
        }
    }

    public void decrement() {
        synchronized (this) {
            counter--;
        }
    }

    public int getCounter() {
        synchronized (this) {
            return counter;
        }
    }
}

可以使用同步方法简化Room类中的方法:

class Room {
    private int counter = 0;

    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }

    public synchronized void decrement() {
        counter--;
    }

    public synchronized int getCounter() {
        return counter;
    }
}

图解分析可以参考共享代来的问题(操作统一资源):

小结:

synchronized 实际是用对象锁保证了临界区内代码的原子性，临界区内的代码对外是不可分割的，不会被线程切换所打断。

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