Java并发编程：synchronized

时间 2019-11-19

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Java并发编程：synchronizedhtml

　　虽然多线程编程极大地提升了效率，可是也会带来必定的隐患。好比说两个线程同时往一个数据库表中插入不重复的数据，就可能会致使数据库中插入了相同的数据。今天咱们就来一块儿讨论下线程安全问题，以及Java中提供了什么机制来解决线程安全问题。java

　　如下是本文的目录大纲：数据库

　　一.何时会出现线程安全问题？编程

　　二.如何解决线程安全问题？安全

　　三.synchronized同步方法或者同步块网络

　　如有不正之处，请多多谅解并欢迎批评指正。多线程

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一.何时会出现线程安全问题？

　　在单线程中不会出现线程安全问题，而在多线程编程中，有可能会出现同时访问同一个资源的状况，这种资源能够是各类类型的的资源：一个变量、一个对象、一个文件、一个数据库表等，而当多个线程同时访问同一个资源的时候，就会存在一个问题：this

　　因为每一个线程执行的过程是不可控的，因此极可能致使最终的结果与实际上的愿望相违背或者直接致使程序出错。

　　举个简单的例子：

　　如今有两个线程分别从网络上读取数据，而后插入一张数据库表中，要求不能插入重复的数据。

　　那么必然在插入数据的过程当中存在两个操做：

　　1）检查数据库中是否存在该条数据；

　　2）若是存在，则不插入；若是不存在，则插入到数据库中。

　　假如两个线程分别用thread-1和thread-2表示，某一时刻，thread-1和thread-2都读取到了数据X，那么可能会发生这种状况：

　　thread-1去检查数据库中是否存在数据X，而后thread-2也接着去检查数据库中是否存在数据X。

　　结果两个线程检查的结果都是数据库中不存在数据X，那么两个线程都分别将数据X插入数据库表当中。

　　这个就是线程安全问题，即多个线程同时访问一个资源时，会致使程序运行结果并非想看到的结果。

　　这里面，这个资源被称为：临界资源（也有称为共享资源）。

　　也就是说，当多个线程同时访问临界资源（一个对象，对象中的属性，一个文件，一个数据库等）时，就可能会产生线程安全问题。

　　不过，当多个线程执行一个方法，方法内部的局部变量并非临界资源，由于方法是在栈上执行的，而Java栈是线程私有的，所以不会产生线程安全问题。

二.如何解决线程安全问题？

　　那么通常来讲，是如何解决线程安全问题的呢？

　　基本上全部的并发模式在解决线程安全问题时，都采用“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，也称做同步互斥访问。

　　一般来讲，是在访问临界资源的代码前面加上一个锁，当访问完临界资源后释放锁，让其余线程继续访问。

　　在Java中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized和Lock。

　　本文主要讲述synchronized的使用方法，Lock的使用方法在下一篇博文中讲述。

三.synchronized同步方法或者同步块

　　在了解synchronized关键字的使用方法以前，咱们先来看一个概念：互斥锁，顾名思义：能到达到互斥访问目的的锁。

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

　　在Java中，每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，线程只有获取了该对象的锁才能访问。

　　在Java中，可使用synchronized关键字来标记一个方法或者代码块，当某个线程调用该对象的synchronized方法或者访问synchronized代码块时，这个线程便得到了该对象的锁，其余线程暂时没法访问这个方法，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，其余线程才能执行这个方法或者代码块。

　　下面经过几个简单的例子来讲明synchronized关键字的使用：

　　1.synchronized方法

　　下面这段代码中两个线程分别调用insertData对象插入数据：

public class Test {

    public static void main(String[] args)  {
    	final InsertData insertData = new InsertData();
    	
    	new Thread() {
    		public void run() {
    			insertData.insert(Thread.currentThread());
    		};
    	}.start();
    	
    	
    	new Thread() {
    		public void run() {
    			insertData.insert(Thread.currentThread());
    		};
    	}.start();
    }   
}

class InsertData {
	private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
	
	public void insert(Thread thread){
		for(int i=0;i<5;i++){
			System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
			arrayList.add(i);
		}
	}
}

　　此时程序的输出结果为：

　　说明两个线程在同时执行insert方法。

　　而若是在insert方法前面加上关键字synchronized的话，运行结果为：

class InsertData {
	private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
	
	public synchronized void insert(Thread thread){
		for(int i=0;i<5;i++){
			System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
			arrayList.add(i);
		}
	}
}

　　从上输出结果说明，Thread-1插入数据是等Thread-0插入完数据以后才进行的。说明Thread-0和Thread-1是顺序执行insert方法的。

　　这就是synchronized方法。

　　不过有几点须要注意：

　　1）当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其余线程不能访问该对象的其余synchronized方法。这个缘由很简单，由于一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁以后，其余线程没法获取该对象的锁，因此没法访问该对象的其余synchronized方法。

　　2）当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其余线程能访问该对象的非synchronized方法。这个缘由很简单，访问非synchronized方法不须要得到该对象的锁，假如一个方法没用synchronized关键字修饰，说明它不会使用到临界资源，那么其余线程是能够访问这个方法的，

　　3）若是一个线程A须要访问对象object1的synchronized方法fun1，另一个线程B须要访问对象object2的synchronized方法fun1，即便object1和object2是同一类型），也不会产生线程安全问题，由于他们访问的是不一样的对象，因此不存在互斥问题。

　　2.synchronized代码块

　　synchronized代码块相似于如下这种形式：

synchronized(synObject) {
		
	}

　　当在某个线程中执行这段代码块，该线程会获取对象synObject的锁，从而使得其余线程没法同时访问该代码块。

　　synObject能够是this，表明获取当前对象的锁，也能够是类中的一个属性，表明获取该属性的锁。

　　好比上面的insert方法能够改为如下两种形式：

class InsertData {
	private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
	
	public void insert(Thread thread){
		synchronized (this) {
			for(int i=0;i<100;i++){
				System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
				arrayList.add(i);
			}
		}
	}
}

class InsertData {
	private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
	private Object object = new Object();
	
	public void insert(Thread thread){
		synchronized (object) {
			for(int i=0;i<100;i++){
				System.out.println(thread.getName()+"在插入数据"+i);
				arrayList.add(i);
			}
		}
	}
}

　　从上面能够看出，synchronized代码块使用起来比synchronized方法要灵活得多。由于也许一个方法中只有一部分代码只须要同步，若是此时对整个方法用synchronized进行同步，会影响程序执行效率。而使用synchronized代码块就能够避免这个问题，synchronized代码块能够实现只对须要同步的地方进行同步。

　　另外，每一个类也会有一个锁，它能够用来控制对static数据成员的并发访问。

　　而且若是一个线程执行一个对象的非static synchronized方法，另一个线程须要执行这个对象所属类的static synchronized方法，此时不会发生互斥现象，由于访问static synchronized方法占用的是类锁，而访问非static synchronized方法占用的是对象锁，因此不存在互斥现象。

看下面这段代码就明白了：

public class Test {

    public static void main(String[] args)  {
    	final InsertData insertData = new InsertData();
    	new Thread(){
    		@Override
    		public void run() {
    			insertData.insert();
    		}
    	}.start();	
    	new Thread(){
    		@Override
    		public void run() {
    			insertData.insert1();
    		}
    	}.start();
    }   
}

class InsertData {	
	public synchronized void insert(){
		System.out.println("执行insert");
		try {
			Thread.sleep(5000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("执行insert完毕");
	}
	
	public synchronized static void insert1() {
		System.out.println("执行insert1");
		System.out.println("执行insert1完毕");
	}
}

　　执行结果;

　　第一个线程里面执行的是insert方法，不会致使第二个线程执行insert1方法发生阻塞现象。

　　下面咱们看一下synchronized关键字到底作了什么事情，咱们来反编译它的字节码看一下，下面这段代码反编译后的字节码为：

public class InsertData {
	private Object object = new Object();
	
	public void insert(Thread thread){
		synchronized (object) {
		
		}
	}
	
	public synchronized void insert1(Thread thread){
		
	}
	
	public void insert2(Thread thread){
		
	}
}

　　从反编译得到的字节码能够看出，synchronized代码块实际上多了monitorenter和monitorexit两条指令。monitorenter指令执行时会让对象的锁计数加1，而monitorexit指令执行时会让对象的锁计数减1，其实这个与操做系统里面的PV操做很像，操做系统里面的PV操做就是用来控制多个线程对临界资源的访问。对于synchronized方法，执行中的线程识别该方法的 method_info 结构是否有 ACC_SYNCHRONIZED 标记设置，而后它自动获取对象的锁，调用方法，最后释放锁。若是有异常发生，线程自动释放锁。

　　有一点要注意：对于synchronized方法或者synchronized代码块，当出现异常时，JVM会自动释放当前线程占用的锁，所以不会因为异常致使出现死锁现象。

　　参考资料：

　　《Java编程思想》

　　http://ifeve.com/synchronized-blocks/

　　http://ifeve.com/java-synchronized/

　　http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17199201