Java线程的同步机制(synchronized关键字)

news2025/2/12 20:05:31

线程的同步机制(synchronized )

1.背景
例子：创建个窗口卖票，总票数为100张.使用实现Runnable接口的方式
*

  • 1.问题：卖票过程中，出现了重票、错票 -->出现了线程的安全问题
  • 2.问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。（多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误）
  • 3.如何解决：当一个线程a在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以开始操作ticket。这种情况即使线程a出现了阻塞，也不能被改变。

2.Java解决方案：同步机制
在Java中，我们通过同步机制，来解决线程的安全问题。

在这里插入图片描述

方式一：同步代码块


*
*   synchronized(同步监视器){
*      //需要被同步的代码
*
*   }
*  说明：1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。  -->不能包含代码多了，也不能包含代码少了。
*       2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
*       3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象，都可以充当锁。
*          //要求：多个线程必须要共用同一把锁。
*
* 补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
       在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器（因为this可能会指向多个对象，看下面.下面的代码），考虑使用当前类（类名.class）充当同步监视器。


class Window1 implements Runnable{

    private int ticket = 100;
//    Object obj = new Object();
//    Dog dog = new Dog();
    @Override
    public void run() {
//        Object obj = new Object();
        while(true){
            synchronized (this){//此时的this:唯一的Window1的对象   //方式二：synchronized (dog) {

                if (ticket > 0) {

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);


                    ticket--;
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }
}


public class WindowTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 w = new Window1();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

}


class Dog{

}

 * 使用同步代码块解决继承Thread类的方式的线程安全问题
class Window2 extends Thread{


    private static int ticket = 100;

    private static Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {

        while(true){
            //正确的
//            synchronized (obj){
            synchronized (Window2.class){
                //Class clazz = Window2.class,
                //Window2.class只会加载一次
                //错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象 (下面代码main中new了三个window2的对象)
//              synchronized (this){

                if(ticket > 0){

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
                    ticket--;
                }else{
                    break;
                }
            }

        }

    }
}


public class WindowTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Window2 t1 = new Window2();
        Window2 t2 = new Window2();
        Window2 t3 = new Window2();


        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}

方式二：同步方法

  • 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明同步的。

  • 关于同步方法的总结：

  • 1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显式的声明。

  • 2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this

  • 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身

 * 使用同步方法解决实现Runnable接口的线程安全问题
class Window3 implements Runnable {

    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {

            show();
        }
    }

    private synchronized void show(){//同步监视器：this
        //synchronized (this){

            if (ticket > 0) {

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为：" + ticket);

                ticket--;
            }
        //}
    }
}


public class WindowTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        Window3 w = new Window3();

        Thread t1 = new Thread(w);
        Thread t2 = new Thread(w);
        Thread t3 = new Thread(w);

        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }

}

/**
 * 使用同步方法处理继承Thread类的方式中的线程安全问题
 *
 * @author shkstart
 * @create 2019-02-15 上午 11:43
 */
class Window4 extends Thread {


    private static int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {

        while (true) {

            show();
        }

    }
    private static synchronized void show(){
        //同步监视器：Window4.class（加static）
        //private synchronized void show(){ //同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的。
        if (ticket > 0) {

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：卖票，票号为：" + ticket);
            ticket--;
        }
    }
}


public class WindowTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        Window4 t1 = new Window4();
        Window4 t2 = new Window4();
        Window4 t3 = new Window4();


        t1.setName("窗口1");
        t2.setName("窗口2");
        t3.setName("窗口3");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();

    }
}
  • 同步的方式，解决了线程的安全问题。—好处
  • 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。 —局限性

释放锁的操作

●当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。

●当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终 止了该代码块、
该方法的继续执行。

●当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导
致异常结束。

●当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线
程暂停，并释放锁。

join底层调用的是wait()，而wait是Object的方法，wait本身是会释放锁（彻底交出CPU的执行权），所以 Thread 的join() 方法是否会释放锁？答案是会！
但是，join()只会释放Thread的锁，不会释放线程对象的锁（可能会造成死锁）。

不会释放锁的操作

●线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、
Thread.yield()方法暂停当前线程的执行

●线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程
挂起，该线程不会释放锁(同步监视器)。

➢应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程

使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的。



class Bank{

    private Bank(){}

    private static Bank instance = null;

    public static Bank getInstance(){
        //方式一：效率稍差
//        synchronized (Bank.class) {
//            if(instance == null){
//
//                instance = new Bank();
//            }
//            return instance;
//        }
        //方式二：效率更高
        if(instance == null){ //后面来的线程 如果已经创建好了对象 就可以不进入同步代码块 直接return给一个单例对象。

            synchronized (Bank.class) {
                if(instance == null){

                    instance = new Bank();
                }

            }
        }
        return instance;
    }

}

面试题：写一个线程安全的单例模式。
饿汉式。
懒汉式：上面提供的。

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