线程同步之synchronized关键字

柔光的暖阳◎ 2022-10-06 11:56 243阅读 0赞

**[线程合并 （join）][_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确保线程安全**

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][20210613220418237.gif]

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）** 锁的是**调用的对象**
 *  **静态方法** 锁的是**类**
 *  **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][20210614120310557.gif]  
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，否则，就不是同步执行的了。

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][20210614131219834.gif]  
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][20210614131535942.gif]  
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][20210614132051349.gif]

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][20210614132526627.gif]

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][20210614135312486.gif]

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][20210614141032144.gif]

也是ok的，没有什么问题

好了，synchronized关键字大概就是这些。

**[线程间的通信 wait、notify  
][wait_notify]**

--------------------

**如果你觉得本文对你有帮助，麻烦动动手指顶一下，可以帮助到更多的开发者，如果文中有什么错误的地方，还望指正，转载请注明转自[喻志强的博客][Link 1] ，谢谢！**

[_join]: https://blog.csdn.net/yuzhiqiang_1993/article/details/117872445
[20210613220418237.gif]: /images/20221005/c4283df2ad114b77aaed9e9993d59346.png
[20210614120310557.gif]: /images/20221005/921e164525f5402fb195577b5cc2ab0c.png
[20210614131219834.gif]: /images/20221005/2d53d7b64aa5410a9a0f8c66a84ee706.png
[20210614131535942.gif]: /images/20221005/1423a7b0dbd14187b86f354c5321fe53.png
[20210614132051349.gif]: /images/20221005/c05eb2a4593e4d5a90219a23941e0e26.png
[20210614132526627.gif]: /images/20221005/4c34745b8eab42f185279e91c5ba8aa8.png
[20210614135312486.gif]: /images/20221005/c5da2c12708e4dfea7cea3fc704aead3.png
[20210614141032144.gif]: /images/20221005/d6aa7aff7be84645b74830418207a18b.png
[wait_notify]: https://yuzhiqiang.blog.csdn.net/article/details/117905787
[Link 1]: https://yuzhiqiang.blog.csdn.net/