Java开发笔记（一百）线程同步synchronized

悠悠 2022-01-30 05:55 174阅读 0赞

多个线程一起办事固然能够加快处理速度，但是也带来一个问题：两个线程同时争抢某个资源时该怎么办？看来资源共享的另一面便是资源冲突，正所谓鱼与熊掌不可兼得，系统岂能让多线程这项技术专占好处？果然是有利必有弊，且看之前演示售票任务时候的多线程操作，具体代码如下所示：

// 多个线程同时操作某个资源，可能会产生冲突
    private static void testConflict() {
    	// 创建一个售票任务
    	Runnable seller = new Runnable() {
    		private Integer ticketCount = 100; // 可出售的车票数量
    		
    		@Override
    		public void run() {
    			while (ticketCount > 0) { // 还有余票可供出售
    				ticketCount--; // 余票数量减一
    				// 以下打印售票日志，包括售票时间、售票线程、当前余票等信息
    				// 为更好地重现资源冲突情况，下面尽量拉大访问ticketCount的时间间隔
    				SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss.SSS");
    				String dateTime = sdf.format(new Date());
    				String desc = String.format("%s %s 当前余票为%d张", dateTime, 
    						Thread.currentThread().getName(), ticketCount);
    				System.out.println(desc);
    			}
    		}
    	};
    	new Thread(seller, "售票线程A").start(); // 启动售票线程A
    	new Thread(seller, "售票线程B").start(); // 启动售票线程B
    	new Thread(seller, "售票线程C").start(); // 启动售票线程C
    }

光光看代码感觉并无不妥之处，仅仅是起了三个售票线程共同卖票呗，这能有什么问题？！倘若只运行一次售票代码，倒也看不出什么名堂，可是一旦反复地多次运行这段售票代码，那么总会出现类似下列日志的意外情况，特别是在系统资源比较繁忙的时刻：

10:56:38.182 售票线程A 当前余票为97张
    10:56:38.182 售票线程B 当前余票为97张
    10:56:38.182 售票线程C 当前余票为97张
    10:56:38.186 售票线程B 当前余票为95张
    10:56:38.186 售票线程A 当前余票为95张
    10:56:38.186 售票线程C 当前余票为93张
    ………………………这里省略余下的日志……………………

我的天，售票日志竟然打印出了相同的余票数量，这正是多线程并发造成的结果。因为在ticketCount的自减语句和后面的日志打印语句中间还有其它代码，每行代码都需要消耗一点点的时间，哪怕是零点几毫秒，但就在这一瞬间，余票可能又被别的线程卖掉了一张，所以等到线程A打印余票日志之时，ticketCount早已被卖了不止一次。如此一来，日志打印前后的余票数量遇到不一致的情况，也就不足为奇了。  
问题的症结在于余票变量ticketCount是动态变化着的，三个售票线程争先恐后地卖票，故而任一时刻的余票数量都可能发生改变。解决问题的要点自然落在余票的管控上面，正好Java提供了一个名叫synchronized的关键字，它可用来修饰某个方法或者某块代码，目的是限定该方法/代码块为同步方法/同步代码块，也就是规定同一时刻只能有一个线程执行同步方法，其它线程来了以后必须在旁边等待，直到先来的线程跑完同步方法，其它线程方可依次排队执行该同步方法。  
回到之前的售票代码，第一反应是能否把售票任务的run方法设置为同步方法？与其瞎猜测，不如试试再说，于是给run方法加上关键字synchronized之后的代码片段如下所示：

// 指定整个run方法为同步方法，这样同一时刻只允许一个线程执行该方法
    	public synchronized void run() {
    		while (ticketCount > 0) { // 还有余票可供出售
    			ticketCount--; // 余票数量减一
    			// 以下打印售票日志，包括售票时间、售票线程、当前余票等信息
    			String left = String.format("当前余票为%d张", ticketCount);
    			PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), left);
    		}
    	}

添加完毕再次运行售票代码，观察到了以下的售票日志：

22:46:06.733 售票线程A 当前余票为99张
    22:46:06.734 售票线程A 当前余票为98张
    22:46:06.735 售票线程A 当前余票为97张
    22:46:06.735 售票线程A 当前余票为96张
    ………………………这里省略余下的日志……………………

可见现在只剩线程A在兀自卖票，而线程B和线程C呆在一旁陪太子读书。原来synchronized给整个run方法加锁，那么只要线程A尚未结束运行，线程B和线程C就都不允许置身其中，结果便退化为只有一个线程在售票了。显然给run方法添加synchronized的做法管得太多了，其实仅有ticketCount这个余票变量会引起资源冲突，因此不妨缩小synchronized的管辖面，单单把余票减一的代码通过synchronized加以限定，并定义一个局部变量count来保存减一后的余票数值。重新修改后的售票代码片段示例如下：

public void run() {
    		while (ticketCount > 0) { // 还有余票可供出售
    			int count;
    			// 指定某个代码块为同步代码块，这样同一时刻只允许一个线程执行该段代码
    			synchronized (this) {
    				count = --ticketCount; // 余票数量减一
    			}
    			// 以下打印售票日志，包括售票时间、售票线程、当前余票等信息
    			String left = String.format("当前余票为%d张", count);
    			PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), left);
    		}
    	}

多次运行修改后的售票代码，观察到的售票日志终于正常打印余票数量了：

16:33:10.265 售票线程A 当前余票为99张
    16:33:10.265 售票线程C 当前余票为97张
    16:33:10.265 售票线程B 当前余票为98张
    16:33:10.266 售票线程A 当前余票为96张
    16:33:10.266 售票线程B 当前余票为94张
    16:33:10.266 售票线程C 当前余票为95张
    ………………………这里省略余下的日志……………………

注意到上述的同步代码块把余票数量赋值给一个局部变量，仿佛某个带返回值的方法，既然这块代码的形式与方法相像，干脆提取出来作为独立的同步方法，于是优化后的售票代码变成了下面这般：

// 把操作共享资源的代码单独提取出来作为同步方法
    private static void testSyncMinMethod() {
    	// 创建一个售票任务
    	Runnable seller = new Runnable() {
    		private Integer ticketCount = 100; // 可出售的车票数量
    		
    		@Override
    		public void run() {
    			while (ticketCount > 0) { // 还有余票可供出售
    				// 获得减一后的余票数量。注意getDecreaseCount是个同步方法
    				int count = getDecreaseCount();
    				// 以下打印售票日志，包括售票时间、售票线程、当前余票等信息
    				String left = String.format("当前余票为%d张", count);
    				PrintUtils.print(Thread.currentThread().getName(), left);
    			}
    		}
    		
    		// 将余票数量减一，并返回减后的余票数量
    		private synchronized int getDecreaseCount() {
    			return --ticketCount; // 余票数量减一
    		}
    	};
    	new Thread(seller, "售票线程A").start(); // 启动售票线程A
    	new Thread(seller, "售票线程B").start(); // 启动售票线程B
    	new Thread(seller, "售票线程C").start(); // 启动售票线程C
    }

以上代码同样有效避免了售票之时的资源冲突，并且代码的组织结构更加清晰明了。

更多Java技术文章参见《[Java开发笔记（序）章节目录][Java]》

[Java]: https://blog.csdn.net/pinlantu/article/details/83957672