Java使用synchronized修饰方法来同步线程的实例演示

时间：2020-12-16 09:17:17|栏目：JAVA代码|点击：次

Java中可以使用关键字synchronized进行线程同步控制，实现关键资源顺序访问，避免由于多线程并发执行导致的数据不一致性等问题。synchronized的原理是对象监视器（锁），只有获取到监视器的线程才能继续执行，否则线程会等待获取监视器。Java中每个对象或者类都有一把锁与之相关联，对于对象来说，监视的是这个对象的实例变量，对于类来说，监视的是类变量（一个类本身是类Class的对象，所以与类关联的锁也是对象锁）。synchronized关键字使用方式有两种：synchronized方法和synchronized块。这两种监视区域都和一个引入对象相关联，当到达这个监视区域时，JVM就会锁住这个引用对象，当离开时会释放这个引用对象上的锁（有异常退出时，JVM会释放锁）。对象锁是JVM内部机制，只需要编写同步方法或者同步块即可，操作监视区域时JVM会自动获取锁或者释放锁。

示例1

先来看第一个示例，在java中，同一个对象的临界区，在同一时间只有一个允许被访问（都是非静态的synchronized方法）：

package concurrency;

public class Main8 {
  public static void main(String[] args) {
    Account account = new Account();
    account.setBalance(1000);
    Company company = new Company(account);
    Thread companyThread = new Thread(company);
    Bank bank = new Bank(account);
    Thread bankThread = new Thread(bank);
    System.out.printf("Account : Initial Balance: %f\n", account.getBalance());
    companyThread.start();
    bankThread.start();
    try {
      //join()方法等待这两个线程运行完成
      companyThread.join();
      bankThread.join();
      System.out.printf("Account : Final Balance: %f\n", account.getBalance());
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

/*帐户*/
class Account{
  private double balance;
  /*将传入的数据加到余额balance中*/
  public synchronized void addAmount(double amount){
    double tmp = balance;
    try {
      Thread.sleep(10);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    tmp += amount;
    balance = tmp;
  }
  /*将传入的数据从余额balance中扣除*/
  public synchronized void subtractAmount(double amount){
    double tmp = balance;
    try {
      Thread.sleep(10);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    tmp -= amount;
    balance = tmp;
  }
  public double getBalance() {
    return balance;
  }
  public void setBalance(double balance) {
    this.balance = balance;
  }
}

/*银行*/
class Bank implements Runnable{
  private Account account;
  public Bank(Account account){
    this.account = account;
  }
  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
      account.subtractAmount(1000);
    }
  }
}

/*公司*/
class Company implements Runnable{
  private Account account;
  public Company(Account account){
    this.account = account;
  }
  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
      account.addAmount(1000);
    }
  }
}

你已经开发了一个银行账户的模拟应用，它能够对余额进行充值和扣除。这个程序通过调用100次addAmount()方法对帐户进行充值，每次存入1000；然后通过调用100次subtractAmount()方法对帐户余额进行扣除，每次扣除1000；我们期望帐户的最终余额与起初余额相等，我们通过synchronized关键字实现了。

如果想查看共享数据的并发访问问题，只需要将addAmount()和subtractAmount()方法声明中的synchronized关键字删除即可。在没有synchronized关键字的情况下，打印出来的余额值并不一致。如果多次运行这个程序，你将获取不同的结果。因为JVM并不保证线程的执行顺序，所以每次运行的时候，线程将以不同的顺序读取并且修改帐户的余额，造成最终结果也是不一样的。

一个对象的方法采用synchronized关键字进行声明，只能被一个线程访问。如果线程A正在执行一个同步方法syncMethodA()，线程B要执行这个对象的其他同步方法syncMethodB()，线程B将被阻塞直到线程A访问完。但如果线程B访问的是同一个类的不同对象，那么两个线程都不会被阻塞。

示例2

演示同一个对象上的静态synchronized方法与非静态synchronized方法可以在同一时间点被多个线程访问的问题，验证一下。

package concurrency;

public class Main8 {
  public static void main(String[] args) {
    Account account = new Account();
    account.setBalance(1000);
    Company company = new Company(account);
    Thread companyThread = new Thread(company);
    Bank bank = new Bank(account);
    Thread bankThread = new Thread(bank);
    System.out.printf("Account : Initial Balance: %f\n", account.getBalance());
    companyThread.start();
    bankThread.start();
    try {
      //join()方法等待这两个线程运行完成
      companyThread.join();
      bankThread.join();
      System.out.printf("Account : Final Balance: %f\n", account.getBalance());
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

/*帐户*/
class Account{
  /*这里改为静态变量*/
  private static double balance = 0;
  /*将传入的数据加到余额balance中，注意是用static修饰过的*/
  public static synchronized void addAmount(double amount){
    double tmp = balance;
    try {
      Thread.sleep(10);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    tmp += amount;
    balance = tmp;
  }
  /*将传入的数据从余额balance中扣除*/
  public synchronized void subtractAmount(double amount){
    double tmp = balance;
    try {
      Thread.sleep(10);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    tmp -= amount;
    balance = tmp;
  }
  public double getBalance() {
    return balance;
  }
  public void setBalance(double balance) {
    this.balance = balance;
  }
}

/*银行*/
class Bank implements Runnable{
  private Account account;
  public Bank(Account account){
    this.account = account;
  }
  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
      account.subtractAmount(1000);
    }
  }
}

/*公司*/
class Company implements Runnable{
  private Account account;
  public Company(Account account){
    this.account = account;
  }
  @Override
  public void run() {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
      account.addAmount(1000);
    }
  }
}

我只是把上个例子中的，balance加了static关键字修改，addAmount()方法也可以static关键字修饰。执行结果大家可以自己测试一下，每次执行都是不一样的结果！

一些总结：

synchronized是通过软件（JVM）实现的，简单易用，即使在JDK5之后有了Lock，仍然被广泛地使用。
synchronized实际上是非公平的，新来的线程有可能立即获得监视器，而在等待区中等候已久的线程可能再次等待，不过这种抢占的方式可以预防饥饿。
synchronized只有锁只与一个条件（是否获取锁）相关联，不灵活，后来Condition与Lock的结合解决了这个问题。
多线程竞争一个锁时，其余未得到锁的线程只能不停的尝试获得锁，而不能中断。高并发的情况下会导致性能下降。ReentrantLock的lockInterruptibly()方法可以优先考虑响应中断。一个线程等待时间过长，它可以中断自己，然后ReentrantLock响应这个中断，不再让这个线程继续等待。有了这个机制，使用ReentrantLock时就不会像synchronized那样产生死锁了。

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