java多線程編程之使用Synchronized關(guān)鍵字同步類方法

2019-11-26 15:43:56

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供稿：網(wǎng)友

public synchronized void run()
{     
}

從上面的代碼可以看出，只要在void和public之間加上synchronized關(guān)鍵字，就可以使run方法同步，也就是說，對(duì)于同一個(gè)Java類的對(duì)象實(shí)例，run方法同時(shí)只能被一個(gè)線程調(diào)用，并當(dāng)前的run執(zhí)行完后，才能被其他的線程調(diào)用。即使當(dāng)前線程執(zhí)行到了run方法中的yield方法，也只是暫停了一下。由于其他線程無法執(zhí)行run方法，因此，最終還是會(huì)由當(dāng)前的線程來繼續(xù)執(zhí)行。先看看下面的代碼：
sychronized關(guān)鍵字只和一個(gè)對(duì)象實(shí)例綁定

復(fù)制代碼代碼如下:

class Test
  {
        public synchronized void method()
       {

       }
  }

  public class Sync implements Runnable
  {
       private Test test;
       public void run()
       {
            test.method();
       }
       public Sync(Test test)
       {
           this.test = test;
       }
       public static void main(String[] args) throws Exception
       {
           Test test1 =  new Test();
           Test test2 =  new Test();
           Sync sync1 = new Sync(test1);
           Sync sync2 = new Sync(test2);
           new Thread(sync1).start();
           new Thread(sync2).start(); 
       }
   }
 

在Test類中的method方法是同步的。但上面的代碼建立了兩個(gè)Test類的實(shí)例，因此，test1和test2的method方法是分別執(zhí)行的。要想讓method同步，必須在建立Sync類的實(shí)例時(shí)向它的構(gòu)造方法中傳入同一個(gè)Test類的實(shí)例，如下面的代碼所示：
Sync sync1 = new Sync(test1);
不僅可以使用synchronized來同步非靜態(tài)方法，也可以使用synchronized來同步靜態(tài)方法。如可以按如下方式來定義method方法：

復(fù)制代碼代碼如下:

class Test 
{
    public static synchronized void method() {   }
}

建立Test類的對(duì)象實(shí)例如下：
Test test = new Test();
對(duì)于靜態(tài)方法來說，只要加上了synchronized關(guān)鍵字，這個(gè)方法就是同步的，無論是使用test.method()，還是使用Test.method()來調(diào)用method方法，method都是同步的，并不存在非靜態(tài)方法的多個(gè)實(shí)例的問題。
在23種設(shè)計(jì)模式中的單件（Singleton）模式如果按傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)，也是線程不安全的，下面的代碼是一個(gè)線程不安全的單件模式。

復(fù)制代碼代碼如下:

package test;

// 線程安全的Singleton模式
class Singleton
{
private static Singleton sample;

    private Singleton()
    {
    }
    public static Singleton getInstance()
    {
        if (sample == null)
        {
            Thread.yield(); // 為了放大Singleton模式的線程不安全性
            sample = new Singleton();
        }
        return sample;
    }
}
public class MyThread extends Thread
{
    public void run()
    {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton.hashCode());
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        Thread threads[] = new Thread[5];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            threads[i] = new MyThread();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            threads[i].start();
    }
}

在上面的代碼調(diào)用yield方法是為了使單件模式的線程不安全性表現(xiàn)出來，如果將這行去掉，上面的實(shí)現(xiàn)仍然是線程不安全的，只是出現(xiàn)的可能性小得多。
程序的運(yùn)行結(jié)果如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

上面的運(yùn)行結(jié)果可能在不同的運(yùn)行環(huán)境上有所有同，但一般這五行輸出不會(huì)完全相同。從這個(gè)輸出結(jié)果可以看出，通過getInstance方法得到的對(duì)象實(shí)例是五個(gè)，而不是我們期望的一個(gè)。這是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)線程執(zhí)行了Thread.yield()后，就將CPU資源交給了另外一個(gè)線程。由于在線程之間切換時(shí)并未執(zhí)行到創(chuàng)建Singleton對(duì)象實(shí)例的語句，因此，這幾個(gè)線程都通過了if判斷，所以，就會(huì)產(chǎn)生了建立五個(gè)對(duì)象實(shí)例的情況（可能創(chuàng)建的是四個(gè)或三個(gè)對(duì)象實(shí)例，這取決于有多少個(gè)線程在創(chuàng)建Singleton對(duì)象之前通過了if判斷，每次運(yùn)行時(shí)可能結(jié)果會(huì)不一樣）。
要想使上面的單件模式變成線程安全的，只要為getInstance加上synchronized關(guān)鍵字即可。代碼如下：
public static synchronized Singleton getInstance() { }
當(dāng)然，還有更簡(jiǎn)單的方法，就是在定義Singleton變量時(shí)就建立Singleton對(duì)象，代碼如下：
private static final Singleton sample = new Singleton();
然后在getInstance方法中直接將sample返回即可。這種方式雖然簡(jiǎn)單，但不知在getInstance方法中創(chuàng)建Singleton對(duì)象靈活。讀者可以根據(jù)具體的需求選擇使用不同的方法來實(shí)現(xiàn)單件模式。

在使用synchronized關(guān)鍵字時(shí)有以下四點(diǎn)需要注意：

1. synchronized關(guān)鍵字不能繼承。
雖然可以使用synchronized來定義方法，但synchronized并不屬于方法定義的一部分，因此，synchronized關(guān)鍵字不能被繼承。如果在父類中的某個(gè)方法使用了synchronized關(guān)鍵字，而在子類中覆蓋了這個(gè)方法，在子類中的這個(gè)方法默認(rèn)情況下并不是同步的，而必須顯式地在子類的這個(gè)方法中加上synchronized關(guān)鍵字才可以。當(dāng)然，還可以在子類方法中調(diào)用父類中相應(yīng)的方法，這樣雖然子類中的方法不是同步的，但子類調(diào)用了父類的同步方法，因此，子類的方法也就相當(dāng)于同步了。這兩種方式的例子代碼如下：
在子類方法中加上synchronized關(guān)鍵字

復(fù)制代碼代碼如下:

class Parent
{
    public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent
{
    public synchronized void method() {   }
}

在子類方法中調(diào)用父類的同步方法

復(fù)制代碼代碼如下:

class Parent
{
    public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent
{
    public void method() { super.method();   }
}

2. 在定義接口方法時(shí)不能使用synchronized關(guān)鍵字。
3. 構(gòu)造方法不能使用synchronized關(guān)鍵字，但可以使用下節(jié)要討論的synchronized塊來進(jìn)行同步。
4. synchronized可以自由放置。
在前面的例子中使用都是將synchronized關(guān)鍵字放在方法的返回類型前面。但這并不是synchronized可放置唯一位置。在非靜態(tài)方法中，synchronized還可以放在方法定義的最前面，在靜態(tài)方法中，synchronized可以放在static的前面，代碼如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

public synchronized void method();
synchronized public void method();
public static synchronized void method();
public synchronized static void method();
synchronized public static void method();

但要注意，synchronized不能放在方法返回類型的后面，如下面的代碼是錯(cuò)誤的：

復(fù)制代碼代碼如下:

public void synchronized method();
public static void synchronized method();

synchronized關(guān)鍵字只能用來同步方法，不能用來同步類變量，如下面的代碼也是錯(cuò)誤的。

復(fù)制代碼代碼如下:

public synchronized int n = 0;
public static synchronized int n = 0;

雖然使用synchronized關(guān)鍵字同步方法是最安全的同步方式，但大量使用synchronized關(guān)鍵字會(huì)造成不必要的資源消耗以及性能損失。雖然從表面上看synchronized鎖定的是一個(gè)方法，但實(shí)際上synchronized鎖定的是一個(gè)類。也就是說，如果在非靜態(tài)方法method1和method2定義時(shí)都使用了synchronized，在method1未執(zhí)行完之前，method2是不能執(zhí)行的。靜態(tài)方法和非靜態(tài)方法的情況類似。但靜態(tài)和非靜態(tài)方法不會(huì)互相影響。看看如下的代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

package test;

public class MyThread1 extends Thread
{
public String methodName;

    public static void method(String s)
    {
        System.out.println(s);
        while (true)

    }
    public synchronized void method1()
    {
        method("非靜態(tài)的method1方法");
    }
    public synchronized void method2()
    {
        method("非靜態(tài)的method2方法");
    }
    public static synchronized void method3()
    {
        method("靜態(tài)的method3方法");
    }
    public static synchronized void method4()
    {
        method("靜態(tài)的method4方法");
    }
    public void run()
    {
        try
        {
            getClass().getMethod(methodName).invoke(this);
        }
        catch (Exception e)
        {
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        MyThread1 myThread1 = new MyThread1();
        for (int i = 1; i <= 4; i++)
        {
            myThread1.methodName = "method" + String.valueOf(i);
            new Thread(myThread1).start();
            sleep(100);
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

非靜態(tài)的method1方法
靜態(tài)的method3方法

從上面的運(yùn)行結(jié)果可以看出，method2和method4在method1和method3未結(jié)束之前不能運(yùn)行。因此，我們可以得出一個(gè)結(jié)論，如果在類中使用synchronized關(guān)鍵字來定義非靜態(tài)方法，那將影響這個(gè)中的所有使用synchronized關(guān)鍵字定義的非靜態(tài)方法。如果定義的是靜態(tài)方法，那么將影響類中所有使用synchronized關(guān)鍵字定義的靜態(tài)方法。這有點(diǎn)象數(shù)據(jù)表中的表鎖，當(dāng)修改一條記錄時(shí)，系統(tǒng)就將整個(gè)表都鎖住了，因此，大量使用這種同步方式會(huì)使程序的性能大幅度下降。

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