JAVA面试题 请谈谈你对Sychronized关键字的理解？

Posted 2022-05-08 marsitman

面试官：sychronized关键字有哪些特性？

应聘者：

• 可以用来修饰方法;

• 可以用来修饰代码块;

• 可以用来修饰静态方法;

• 可以保证线程安全;

• 支持锁的重入;

• sychronized使用不当导致死锁;

 

了解sychronized之前,我们先来看一下几个常见的概念:内置锁、互斥锁、对象锁和类锁。

 

内置锁

在Java中每一个对象都可以作为同步的锁，那么这些锁就被称为内置锁。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。

 

互斥锁

内置锁同时也是一个互斥锁，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抛出异常或者正常执行完毕释放这个锁；如果B线程不释放这个锁，那么A线程将永远等待下去。

 

对象锁和类锁

对象锁和类锁在锁的概念上基本上和内置锁是一致的，但是，两个锁实际是有很大的区别的。

• 对象锁是用于对象实例方法；

• 类锁是用于类的静态方法或者一个类的class对象上的

一个对象无论有多少个同步方法区，它们共用一把锁，某一时刻某个线程已经进入到某个synchronzed方法，那么在该方法没有执行完毕前，其他线程无法访问该对象的任何synchronzied 方法的，但可以访问非synchronzied方法。

如果synchronized方法是static的，那么当线程访问该方法时，它锁的并不是synchronized方法所在的对象，而是synchronized方法所在对象的对应的Class对象，

因为java中无论一个类有多少个对象，这些对象会对应唯一一个Class对象，因此当线程分别访问同一个类的两个对象的static，synchronized方法时，他们的执行也是按顺序来的，也就是说一个线程先执行，一个线程后执行。

 synchronized的用法：修饰方法和修饰代码块，下面分别分析这两种用法在对象锁和类锁上的效果。

 

对象锁的synchronized修饰方法和代码块

public class TestSynchronized 
    public void test1() 
        synchronized (this) 
            int i = 5;
            while (i-- > 0) 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
                try 
                    Thread.sleep(500);
                 catch (InterruptedException ie) 
                
            
        
    

    public synchronized void test2() 
        int i = 5;
        while (i-- > 0) 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try 
                Thread.sleep(500);
             catch (InterruptedException ie) 
            
        
    

    public static void main(String[] args) 
        final TestSynchronized myt2 = new TestSynchronized();
        Thread test1 = new Thread(new Runnable() 
            public void run() 
                myt2.test1();
            
        , "test1");
        Thread test2 = new Thread(new Runnable() 
            public void run() 
                myt2.test2();
            
        , "test2");
        test1.start();
        test2.start();
    

打印结果如下：

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

上述的代码，第一个方法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test2线程执行完毕，释放掉锁，test1线程才开始执行。这里test2方法先抢到CPU资源，故它先执行，它获得了锁，它执行完毕后，test1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？　

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

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）。

 

类锁的修饰（静态）方法和代码块　　

public class TestSynchronized 
    public void test1() 
        synchronized (TestSynchronized.class) 
            int i = 5;
            while (i-- > 0) 
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
                try 
                    Thread.sleep(500);
                 catch (InterruptedException ie) 
                
            
        
    

    public static synchronized void test2() 
        int i = 5;
        while (i-- > 0) 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try 
                Thread.sleep(500);
             catch (InterruptedException ie) 
            
        
    

    public static void main(String[] args) 
        final TestSynchronized myt2 = new TestSynchronized();
        Thread test1 = new Thread(new Runnable() 
            public void run() 
                myt2.test1();
            
        , "test1");
        Thread test2 = new Thread(new Runnable() 
            public void run() 
                TestSynchronized.test2();
            
        , "test2");
        test1.start();
        test2.start();
    

输出结果如下：

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

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 TestSynchronized 
    public synchronized void test1() 
        int i = 5;
        while (i-- > 0) 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try 
                Thread.sleep(500);
             catch (InterruptedException ie) 
            
        
    

    public static synchronized void test2() 
        int i = 5;
        while (i-- > 0) 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
            try 
                Thread.sleep(500);
             catch (InterruptedException ie) 
            
        
    

    public static void main(String[] args) 
        final TestSynchronized myt2 = new TestSynchronized();
        Thread test1 = new Thread(new Runnable() 
            public void run() 
                myt2.test1();
            
        , "test1");
        Thread test2 = new Thread(new Runnable() 
            public void run() 
                TestSynchronized.test2();
            
        , "test2");
        test1.start();
        test2.start();
    

输出结果如下：

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

 

synchronized是如何保证线程安全的　　

如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

我们通过一个案例，演示线程的安全问题：

我们来模拟一下火车站卖票过程，总共有100张票，总共有三个窗口卖票。

public class SellTicket 
    public static void main(String[] args) 
        // 创建票对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        // 创建3个窗口
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    


// 模拟票
class Ticket implements Runnable 
    // 共100票
    int ticket = 100;

    @Override
    public void run() 
        // 模拟卖票
        while (true) 
            if (ticket > 0) 
                // 模拟选坐的操作
                try 
                    Thread.sleep(1);
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:"
                        + ticket--);
            
        
    

运行结果发现：上面程序出现了问题

• 票出现了重复的票

• 错误的票 0、-1

其实，线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，这个全局变量是线程安全的；若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则的话就可能影响线程安全。

 

那么出现了上述问题，我们应该如何解决呢？

线程同步（线程安全处理Synchronized）

java中提供了线程同步机制，它能够解决上述的线程安全问题。

线程同步的方式有两种：

• 方式1：同步代码块

• 方式2：同步方法

同步代码块

同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized

synchronized (锁对象) 
    可能会产生线程安全问题的代码

同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

使用同步代码块，对火车站卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class SellTicket 
    public static void main(String[] args) 
        // 创建票对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        // 创建3个窗口
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    


// 模拟票
class Ticket implements Runnable 
    // 共100票
    int ticket = 100;

    Object lock = new Object();

    @Override
    public void run() 
        // 模拟卖票
        while (true) 
            // 同步代码块
            synchronized (lock) 
                if (ticket > 0) 
                    // 模拟选坐的操作
                    try 
                        Thread.sleep(1);
                     catch (InterruptedException e) 
                        e.printStackTrace();
                    
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                            + "正在卖票:" + ticket--);
                
            
        
    

当使用了同步代码块后，上述的线程的安全问题，解决了。

 

同步方法

同步方法：在方法声明上加上synchronized

public synchronized void method()
       可能会产生线程安全问题的代码

同步方法中的锁对象是 this

使用同步方法，对火车站卖票案例中Ticket类进行如下代码修改：

public class SellTicket 
    public static void main(String[] args) 
        // 创建票对象
        Ticket ticket = new Ticket();
        // 创建3个窗口
        Thread t1 = new Thread(ticket, "窗口1");
        Thread t2 = new Thread(ticket, "窗口2");
        Thread t3 = new Thread(ticket, "窗口3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    


// 模拟票
class Ticket implements Runnable 
    // 共100票
    int ticket = 100;

    Object lock = new Object();

    @Override
    public void run() 
        // 模拟卖票
        while (true) 
            // 同步方法
            method();
        
    

    // 同步方法,锁对象this
    public synchronized void method() 
        if (ticket > 0) 
            // 模拟选坐的操作
            try 
                Thread.sleep(10);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在卖票:"
                    + ticket--);
        
    

　　

synchronized支持锁的重入吗？　　

我们先来看下面一段代码：

public class ReentrantLockDemo 
    public synchronized void a() 
        System.out.println("a");
        b();
    

    private synchronized void b() 
        System.out.println("b");
    

    public static void main(String[] args) 
        new Thread(new Runnable() 
            @Override
            public void run() 
                ReentrantLockDemo d = new ReentrantLockDemo();
                d.a();
            
        ).start();
    

上述的代码，我们分析一下，两个方法，方法a和方法b都被synchronized关键字修饰，锁对象是当前对象实例，按照上文我们对synchronized的了解，如果调用方法a,在方法a还没有执行完之前，我们是不能执行方法b的，方法a必须先释放锁，方法b才能执行，方法b处于等待状态，那样不就形成死锁了吗？那么事实真的如分析一致吗？

运行结果发现：

a
b

代码很快就执行完了，实验结果与分析不一致，这就引入了另外一个概念：重入锁。在 java 内部，同一线程在调用自己类中其他 synchronized 方法/块或调用父类的 synchronized 方法/块都不会阻碍该线程的执行。就是说同一线程对同一个对象锁是可重入的，而且同一个线程可以获取同一把锁多次，也就是可以多次重入。在JDK1.5后对synchronized关键字做了相关优化。

 

synchronized死锁问题

同步锁使用的弊端：当线程任务中出现了多个同步(多个锁)时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。

synchronzied(A锁)
    synchronized(B锁)
    

我们进行下死锁情况的代码演示：

public class DeadLock 
    Object obj1 = new Object();
    Object obj2 = new Object();

    public void a() 
        synchronized (obj1) 
            synchronized (obj2) 
                System.out.println("a");
            
        
    

    public void b() 
        synchronized (obj2) 
            synchronized (obj1) 
                System.out.println("b");
            
        
    

    public static void main(String[] args) 
        DeadLock d = new DeadLock();
        new Thread(new Runnable() 
            @Override
            public void run() 
                d.a();
            
        ).start();

        new Thread(new Runnable() 
            @Override
            public void run() 
                d.b();
            
        ).start();
    

上述的代码，我们分析一下，两个方法，我们假设两个线程T1,T2，T1运行到方法a了，拿到了obj1这把锁，此时T2运行到方法b了，拿到了obj2这把锁，T1要往下执行，就必须等待T2释放了obj2这把锁，线程T2要往下面执行，就必须等待T1释放了持有的obj1这把锁，他们两个互相等待，就形成了死锁。

为了演示的更明白，需要让两个方法执行过程中睡眠10ms，要不然很难看到现象，因为计算机执行速度贼快

public class DeadLock 
    Object obj1 = new Object();
    Object obj2 = new Object();

    public void a() 
        synchronized (obj1) 
            try 
                Thread.sleep(10);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            synchronized (obj2) 
                System.out.println("a");
            
        
    

    public void b() 
        synchronized (obj2) 
            try 
                Thread.sleep(10);
             catch (InterruptedException e) 
                e.printStackTrace();
            
            synchronized (obj1) 
                System.out.println("b");
            
        
    

    public static void main(String[] args) 
        DeadLock d = new DeadLock();
        new Thread(new Runnable() 
            @Override
            public void run() 
                d.a();
            
        ).start();

        new Thread(new Runnable() 
            @Override
            public void run() 
                d.b();
            
        ).start();
    

感兴趣的童鞋，下去可以试一下，程序执行不完，永远处于等待状态。

 

总结

• sychronized是隐式锁，是JVM底层支持的关键字，由JVM来维护；

• 单体应用下，多线程并发操作时，使用sychronized关键字可以保证线程安全;

• sychronized可以用来修饰方法和代码块，此时锁是当前对象实例，修饰静态方法时，锁是对象的class字节码文件;

• 一个线程进入了sychronized修饰的同步方法，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）;

• sychronized支持锁的重入;

　　

作者：Java蚂蚁

出处：https://www.cnblogs.com/marsitman/p/11235552.html

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