java synchronized关键字写法

时间:2022-05-24 我想月薪过万人气:0

预备知识

首先，我们得知道在java中存在三种变量：

实例变量 ==》存在于堆中
静态变量 ==》存在于方法区中
局部变量 ==》存在于栈中

然后，我们得明白，合适会发生高并发不安全

条件1：多线程并发。
条件2：有共享数据。
条件3：共享数据有修改的行为。

具体不安全案例请参考如下这篇文章：java线程安全问题详解

在上面这篇文章银行取钱案例中，我们解决线程安全问题的方法是加了一个 synchronized 关键字。下面我们就详细介绍一下 synchronized 的三种写法，分别解决什么问题！！！

写法一：修饰代码块

package ThreadSafa;
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TestAccount ta1 = new TestAccount();
        ta1.setNum(10);
 
        //共用一个账户对象
        TestThread t1 = new TestThread(ta1);
        TestThread t2 = new TestThread(ta1);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}
 
class TestThread extends Thread {
 
    private TestAccount mAccount;
 
    public TestThread(TestAccount mAccount) {
        this.mAccount = mAccount;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        mAccount.updateNum(1);
    }
}
 
class TestAccount {
    private double num;
 
    public double getNum() {
        return num;
    }
 
    public void setNum(double num) {
        this.num = num;
    }
 
    public void updateNum(int n) {
        synchronized (this) {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            setNum(getNum() - n);
        }
        System.out.println(getNum());
    }
}

运行结果

写法二：修饰方法

package ThreadSafa;
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TestAccount ta1 = new TestAccount();
        ta1.setNum(10);
 
        TestThread t1 = new TestThread(ta1);
        TestThread t2 = new TestThread(ta1);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}
 
class TestThread extends Thread {
 
    private TestAccount mAccount;
 
    public TestThread(TestAccount mAccount) {
        this.mAccount = mAccount;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        mAccount.updateNum(1);
    }
}
 
class TestAccount {
    private double num;
 
    public double getNum() {
        return num;
    }
 
    public void setNum(double num) {
        this.num = num;
    }
 
    public synchronized void updateNum(int n) {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        setNum(getNum() - n);
        System.out.println(getNum());
    }
}

运行结果

总结

可以看到，前面这两种写法其实是等价的，什么意思呢？就是当你用 synchronized 修饰共享对象 this 的时候你就可以吧 synchronized 提到方法前面，但是我们一般不会这么干，因为扩大 synchronized 修饰的代码范围会使代码运行效率降低。

同时，前面两种方法都是为了解决实例变量线程安全问题而诞生的，对于静态变量我们怎么处理呢？请看写法三：

写法三：修饰静态方法

package ThreadSafa;
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TestAccount ta1 = new TestAccount();
        TestAccount ta2 = new TestAccount();
 
        TestThread t1 = new TestThread(ta1);
        TestThread t2 = new TestThread(ta2);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}
 
class TestThread extends Thread {
 
    private TestAccount mAccount;
 
    public TestThread(TestAccount mAccount) {
        this.mAccount = mAccount;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        mAccount.updateCount(1);
    }
}
 
class TestAccount {
    private double num;
    public static double count = 10;
 
    public double getNum() {
        return num;
    }
 
    public void setNum(double num) {
        this.num = num;
    }
 
    public synchronized void updateNum(int n) {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        setNum(getNum() - n);
        System.out.println(getNum());
    }
 
    public synchronized static void updateCount(int n) {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        count -= n;
        System.out.println(count);
    }
}

运行结果展示

可以看到，在静态方法上加 synchronized 之后，他锁的是这个类，尽管两个账户对象不一样，但是，加了 synchronized 会保证他们排队执行，也就是保证了线程安全。

synchronized原理

Synchronized是通过对象内部的一个叫做监视器锁（monitor）来实现的。但是监视器锁本质又是依赖于底层的操作系统的互斥锁（Mutex Lock）来实现的。而操作系统实现线程之间的切换这就需要从用户态转换到核心态，这个成本非常高，状态之间的转换需要相对比较长的时间，这就是为什么Synchronized效率低的原因。这种依赖于操作系统互斥锁（Mutex Lock）所实现的锁我们称之为“重量级锁”。

1. monitor锁定过程

当monitor被占用时就会处于锁定状态，线程执行monitorenter指令时尝试获取monitor的所有权，过程如下：

a、如果monitor的进入数为0，则该线程进入monitor，然后将进入数设置为1，该线程即为monitor的所有者。

b、如果线程已经占有该monitor，只是重新进入，则进入monitor的进入数加1.

c、如果其他线程已经占用了monitor，则该线程进入阻塞状态，直到monitor的进入数为0，再重新尝试获取monitor的所有权。

2. synchronized锁

Java SE1.6对Synchronized进行了各种优化之后，它并不那么重了。在不同的场景中引入不同的锁优化。

1.偏向锁：适用于锁没有竞争的情况，假设共享变量只有一个线程访问。如果有其他线程竞争锁，锁则会膨胀成为轻量级锁。

2.轻量级锁：适用于锁有多个线程竞争，但是在一个同步方法块周期中锁不存在竞争，如果在同步周期内有其他线程竞争锁，锁会膨胀为重量级锁。

3.重量级锁：竞争激烈的情况下使用重量级锁。

偏向锁和轻量级锁之所以会在性能上比重量级锁是因为好，本质上是因为偏向锁和轻量级锁仅仅使用了CAS。

3. synchronized锁优化

尽量采用轻量级锁和偏向锁等对Synchronized的优化，但是这两种锁也不是完全没缺点的，比如竞争比较激烈的时候，不但无法提升效率，反而会降低效率，因为多了一个锁升级的过程，这个时候就需要通过-XX:-UseBiasedLocking来禁用偏向锁。

总结

局部变量 =》存在于栈中 =》线程之间不能共享 =》所以数据永远是安全的

实例变量 =》存在于堆中 =》线程之间能共享 =》采用写法一和写法二保证线程安全

静态变量 =》存在于方法区 =》线程之间能共享 =》采用方写法三保证线程安全

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