Java多线程之synchronized同步代码块详解

时间：2023-03-09 12:09:38|栏目：JAVA代码|点击：次

1. 同步方法和同步块，哪种更好？

同步块更好，这意味着同步块之外的代码是异步执行的，这比同步整个方法更提升代码的效率。请知道一条原则：同步的范围越小越好。

对于小的临界区，我们直接在方法声明中设置synchronized同步关键字，可以避免竞态条件的问题。但是对于较大的临界区代码段，为了执行效率，最好将同步方法分为小的临界区代码段。

public class TwoPlus {
    private int num1 = 0;
    private int num2 = 0;
    public synchronized void plus(int val1,int val2){
        this.num1 = num1+val1;
        this.num2 = num2+val2;
    }
}

临界区代码段包含对两个临界区资源的操作，这两个临界区资源分别为sum1和sum2。使用synchronized对plus(int val1,int val2)进行同步保护之后，进入临界区代码段的线程拥有sum1和sum2的操作权，并且是全部占用。一旦线程进入，当线程在操作sum1而没有操作sum2时，也将sum2的操作权白白占用，其他的线程由于没有进入临界区，只能看着sum2被闲置而不能去执行操作。

所以，将synchronized加在方法上，如果其保护的临界区代码段包含的临界区资源多于一个，就会造成临界区资源的闲置等待，进而会影响临界区代码段的吞吐量。为了提升吞吐量，可以将synchronized关键字放在函数体内，同步一个代码块。synchronized同步块的写法是：

synchronized (syncObject){
    // 临界区代码段的代码块
}

在synchronized同步块后边的括号中是一个syncObject对象，代表着进入临界区代码段需要获取syncObject对象的监视锁，由于每一个Java对象都有一把监视锁，因此任何Java对象都能作为synchronized的同步锁。

使用synchronized同步块对上面的TwoPlus类进行吞吐量的提升改造，具体的代码如下：

public class TwoPlus {
    private int num1 = 0;
    private int num2 = 0;
    // 两把不同的锁对象
    private Object object1 = new Object();
    private Object object2 = new Object();
    public  void plus(int val1,int val2){
        synchronized (object1){
            this.num1 = num1+val1;
        }
        synchronized (object2){
            this.num2 = num2+val2;
        }
    }
}

改造之后，对两个独立的临界区资源sum1和sum2的加法操作可以并发执行了，在某一个时刻，不同的线程可以对sum1和sum2同时进行加法操作，提升了plus()方法的吞吐量。

synchronized方法和synchronized同步块有什么区别呢？

总体来说，synchronized方法是一种粗粒度的并发控制，某一时刻只能有一个线程执行该synchronized方法；而synchronized代码块是一种细粒度的并发控制，处于synchronized块之外的其他代码是可以被多个线程并发访问的。在一个方法中，并不一定所有代码都是临界区代码段，可能只有几行代码会涉及线程同步问题。所以synchronized代码块比synchronized方法更加细粒度地控制了多个线程的同步访问。

synchronized方法的同步锁实质上使用了this对象锁，这样就免去了手工设置同步锁的工作。而使用synchronized代码块需要手工设置同步锁。

2. synchronized同步代码块

public class RoomDemo {
    private static int count = 0;
    // 创建锁对象，同步代码块需要手动设置对象锁
    private static Object object = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            for(int i=0;i<5000;i++){
                // 使用object对象锁住临界区资源
                synchronized (object){
                    count++;
                }
            }
        },"t1");
        Thread t2 = new Thread(()->{
            // 使用object对象锁住临界区资源
            for(int i=0;i<5000;i++){
                synchronized (object){
                    count--;
                }
            }
        },"t2");
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(count);// 0
    }
}

在这里插入图片描述

你可以做这样的类比： synchronized(对象) 中的对象，可以想象为一个房间，线程 t1，t2 想象成两个人

(1) 当线程 t1 执行到 synchronized(object) 时就好比 t1 进入了这个房间，并锁住了门拿走了钥匙，在门内执行 count++ 代码 ;

(2) 这时候如果 t2 也运行到了 synchronized(object) 时，它发现门被锁住了，只能在门外等待，发生了上下文切换，阻塞住了 ;

(3) 这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，t2 线程还在阻塞状态进不来，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入

(4) 当 t1 执行完 synchronized{} 块内的代码，这时候才会从 obj 房间出来并解开门上的锁，唤醒 t2 线程并把钥匙给他。t2 线程这时才可以进入 obj 房间，锁住了门拿上钥匙，执行它的 count-- 代码；

在这里插入图片描述

3. 如果同步块内的线程抛出异常会发生什么？

public class ExceptionDemo {
    private static int count = 1;
    // 创建锁对象
    private static Object object = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            synchronized (object){
                System.out.println("线程t1正在执行");
                // 死循环
                while (count==1){
                }
            }
        },"t1");
        Thread t2 = new Thread(()->{
            synchronized (object) {
                System.out.println("线程t2正在执行");
                count--;
            }
        },"t2");
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
    }
}

执行结果：

在这里插入图片描述

可以看出线程t1执行的是死循环，所以每次线程上下文切换，线程t2都被阻塞了，拿不到锁，从而无法执行。

假如我们在线程执行过程中制造一个异常：

public class ExceptionDemo {
    private static int count = 1;
    // 创建锁对象
    private static Object object = new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            synchronized (object){
                System.out.println("线程t1正在执行");
                while (count==1){
                    // 死循环中制造异常
                    Integer.parseInt("a");
                }
            }
        },"t1");
        Thread t2 = new Thread(()->{
            synchronized (object) {
                System.out.println("线程t2正在执行");
                count--;
            }
        },"t2");
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
    }
}

执行结果：

在这里插入图片描述