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Java多線程的同步機制:synchronized

如果程序是單線程的,就不必擔心此線程在執行時被其他線程“打擾”,就像在現實世界中,在一段時間內如果只能完成一件事情,不用擔心做這件事情被其他事情打擾。但是,如果程序中同時使用多線程,好比現實中的“兩個人同時通過一扇門”,這時就需要控制,否則容易引起阻塞。

為了處理這種共享資源競爭,可以使用同步機制所謂同步機制,指的是兩個線程同時作用在一個對象上,應該保持對象數據的統一性和整體性。Java 提供 synchronized 關鍵字,為防止資源沖突提供了內置支持。共享資源一般是文件、輸入/輸出端口或打印機。

細心的讀者可以發現,在《多線程之間訪問實例變量》和《非線程安全問題的解決方法》中都已經使用到了 synchronized 關鍵字。

在一個類中,用 synchronized 關鍵字聲明的方法為同步方法。格式如下:
class類名
{
    public synchronized 類型名稱 方法名稱()
    {
        //代碼
    }
}

Java 有一個專門負責管理線程對象中同步方法訪問的工具——同步模型監視器,它的原理是為每個具有同步代碼的對象準備唯一的一把“鎖”。當多個線程訪問對象時,只有取得鎖的線程才能進入同步方法,其他訪問共享對象的線程停留在對象中等待。

synchronized 不僅可以用到同步方法,也可以用到同步塊。對于同步塊,synchronized 獲取的是參數中的對象鎖。格式如下:
synchronized(obj)
{
    //代碼
}

當線程執行到這里的同步塊時,它必須獲取 obj 這個對象的鎖才能執行同步塊,否則線程只能等待獲得鎖。必須注意的是,Obj 對象的作用范圍不同,控制情況也不盡相同。如下代碼為簡單的一種使用:
public void method()
{
    Object obj=new Object();
    synchronized(obj)
    {
        //代碼
    }
}

上述代碼創建局部對象 Obj,由于每一個線程執行到 Object obj=new Object() 時都會產生一個 obj 對象,每一個線程都可以獲得新創建的 obj 對象的鎖而不會相互影響,因此這段程序不會起到同步作用。如果同步的是類的屬性,情況就不同了。

例 1

在前面幾節中,使用了 synchronized 關鍵字同步方法來解決非線程安全的問題。下面通過一個案例演示 println() 方法與 i-- 聯合使用時“有可能”出現的另外一種異常情況,并說明其中的原因。

(1) 首先創建線程類 MyThread05,該類的代碼很簡單,如下所示:
package ch14;
public class MyThread05 extends Thread
{
    private int i=5;
    @Override
    public void run()
    {
        System.out.println("當前線程名稱="+Thread.currentThread().getName()+",i="+(i--));
        //注意:代碼i--由前面項目中單獨一行運行改成在當前項目中在println()方法中直接進行打印
    }
}

(2) 編寫主線程代碼,首先創建一個 MyThread05 線程類,再啟動 5 個相同的線程。具體代碼如下:
package ch14;
public class Test08
{
    public static void main(String[] args)
    {
        MyThread05 run=new MyThread05(); 
        Thread t1=new Thread(run); 
        Thread t2=new Thread(run); 
        Thread t3=new Thread(run); 
        Thread t4=new Thread(run); 
        Thread t5=new Thread(run); 
        t1.start(); 
        t2.start(); 
        t3.start(); 
        t4.start(); 
        t5.start();
    }
}

從如下所示的運行效果可以看出,i 的值并不是從 5 遞減 1。這是因為雖然 println() 方法在內部是同步的,但 i-- 操作卻是在進入 println() 之前發生的,所以有發生非線程安全問題的概率。
當前線程名稱=Thread-2,i=5
當前線程名稱=Thread-3,i=2
當前線程名稱=Thread-4,i=3
當前線程名稱=Thread-1,i=4
當前線程名稱=Thread-5,i=1

(3) 為了防止發生非線程安全問題,應繼續使用同步方法。在這里使用同步塊完成,修改后的代碼如下:
package ch14;
public class MyThread05 extends Thread
{
    private int i=5;
    @Override
    public void run()
    {
        synchronized (this)
        {
            System.out.println("當前線程名稱="+Thread.currentThread().getName()+",i="+(i--));
            //注意:代碼i--由前面項目中單獨一行運行改成在當前項目中在println()方法中直接進行打印
        }
    }
}

(4) 再次運行將看到如下所示的正常的運行效果。
當前線程名稱=Thread-1,i=5
當前線程名稱=Thread-2,i=4
當前線程名稱=Thread-3,i=3
當前線程名稱=Thread-4,i=2
當前線程名稱=Thread-5,i=1

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