synchronized到底锁住的是谁?

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先来一道校招级并发编程笔试题

题目:利用5个线程并发执行,num数字累计计数到10000,并打印。

 1 /**
 2 * Description:
 3 * 利用5个线程并发执行,num数字累加计数到10000,并打印。
 4 * 2019-06-13
 5 * Created with OKevin.
 6 */
 7 public class Count {
 8    private int num = 0;
 9 
10    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
11        Count count = new Count();
12 
13        Thread thread1 = new Thread(count.new MyThread());
14        Thread thread2 = new Thread(count.new MyThread());
15        Thread thread3 = new Thread(count.new MyThread());
16        Thread thread4 = new Thread(count.new MyThread());
17        Thread thread5 = new Thread(count.new MyThread());
18        thread1.start();
19        thread2.start();
20        thread3.start();
21        thread4.start();
22        thread5.start();
23        thread1.join();
24        thread2.join();
25        thread3.join();
26        thread4.join();
27        thread5.join();
28 
29        System.out.println(count.num);
30 
31    }
32 
33    private synchronized void increse() {
34        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
35            num++;
36        }
37    }
38 
39    class MyThread implements Runnable {
40        @Override
41        public void run() {
42            increse();
43        }
44    }
45 }

这道校招级的并发编程面试题,题目不难,方法简单。其中涉及一个核心知识点——synchronized(当然这题的解法有很多),这也是本文想要弄清的主题。

synchronized被大大小小的程序员广泛使用,有的程序员偷懒,在要求保证线程安全时,不加思索的就在方法前加入了synchronized关键字(例如我刚才那道校招级大题)。偷懒归偷懒,CodeReview总是要进行的,面对同事的“指责”,要求优化这个方法,将synchronized使用同步代码块的方式提高效率。

 

synchronized要按照同步代码块来保证线程安全,这可就加在方法“复杂”多了。有:synchronized(this){}这么写的,也有synchronized(Count.class){}这么写的,还有定义了一个private Object obj = new Object; ….synchronized(obj){}这么写的。此时不禁在心里“W*F”。

synchronized你到底锁住的是谁?

synchronized从语法的维度一共有3个用法:

  1. 静态方法加上关键字

  2. 实例方法(也就是普通方法)加上关键字

  3. 方法中使用同步代码块

前两种方式最为偷懒,第三种方式比前两种性能要好。

synchronized从锁的是谁的维度一共有两种情况:

  1. 锁住类

  2. 锁住对象实例

我们还是从直观的语法结构上来讲述synchronized。

1)静态方法上的锁

静态方法是属于“类”,不属于某个实例,是所有对象实例所共享的方法。也就是说如果在静态方法上加入synchronized,那么它获取的就是这个类的锁,锁住的就是这个类

2)实例方法(普通方法)上的锁

实例方法并不是类所独有的,每个对象实例独立拥有它,它并不被对象实例所共享。这也比较能推出,在实例方法上加入synchronized,那么它获取的就是这个累的锁,锁住的就是这个对象实例

那锁住类还是锁住对象实例,这跟我线程安全关系大吗?大,差之毫厘谬以千里的大。为了更好的理解锁住类还是锁住对象实例,在进入“3)方法中使用同步代码块”前,先直观的感受下这两者的区别。

对实例方法(普通方法)上加关键字锁住对象实例锁的解释

首先定义一个Demo类,其中的实例方法加上了synchronized关键字,按照所述也就是说锁住的对象实例。

 1 /**
 2 * Description:
 3 * 死循环,目的是两个线程抢占一个锁时,只要其中一个线程获取,另一个线程就会一直阻塞
 4 * 2019-06-13
 5 * Created with OKevin.
 6 */
 7 public class Demo {
 8 
 9    public synchronized void demo() {
10        while (true) {   //synchronized方法内部是一个死循环,一旦一个线程持有过后就不会释放这个锁
11            System.out.println(Thread.currentThread());
12        }
13    }
14 }

可以看到在demo方法中定义了一个死循环,一旦一个线程持有这个锁后其他线程就不可能获取这个锁。结合上述synchronized修饰实例方法锁住的是对象实例,如果两个线程针对的是一个对象实例,那么其中一个线程必然不可能获取这个锁;如果两个线程针对的是两个对象实例,那么这两个线程不相关均能获取这个锁。

自定义线程,调用demo方法。

 1 /**
 2 * Description:
 3 * 自定义线程
 4 * 2019-06-13
 5 * Created with OKevin.
 6 */
 7 public class MyThread implements Runnable {
 8    private Demo demo;
 9 
10    public MyThread(Demo demo) {
11        this.demo = demo;
12    }
13 
14    @Override
15    public void run() {
16        demo.demo();
17    }
18 }

测试程序1:两个线程抢占一个对象实例的锁

 1 /**
 2 * Description:
 3 * 两个线程抢占一个对象实例的锁
 4 * 2019-06-13
 5 * Created with OKevin.
 6 */
 7 public class Main1 {
 8    public static void main(String[] args) {
 9        Demo demo = new Demo();
10        Thread thread1 = new Thread(new MyThread(demo));
11        Thread thread2 = new Thread(new MyThread(demo));
12        thread1.start();
13        thread2.start();
14    }
15 }

 如上图所示,输出结果显然只会打印一个线程的信息,另一个线程永远也获取不到这个锁。

测试程序2:两个线程分别抢占两个对象实例的锁

 1 /**
 2 * Description:
 3 * 两个线程分别抢占两个对象实例的锁
 4 * 2019-06-13
 5 * Created with OKevin.
 6 */
 7 public class Main2 {
 8    public static void main(String[] args) {
 9        Demo demo1 = new Demo();
10        Demo demo2 = new Demo();
11        Thread thread1 = new Thread(new MyThread(demo1));
12        Thread thread2 = new Thread(new MyThread(demo2));
13        thread1.start();
14        thread2.start();
15    }
16 }

如上图所示,显然,两个线程均进入到了demo方法,也就是均获取到了锁,证明,两个线程抢占的就不是同一个锁,这就是synchronized修饰实例方法时,锁住的是对象实例的解释。

对静态方法上加关键字锁住类锁的解释

静态方法是类所有对象实例所共享的,无论定义多少个实例,是要是静态方法上的锁,它至始至终只有1个。将上面的程序Demo中的方法加上static,无论使用“测试程序1”还是“测试程序2”,均只有一个线程可以抢占到锁,另一个线程仍然是永远无法获取到锁。

 

让我们重新回到从语法结构上解释synchronized。

3)方法中使用同步代码块

程序的改良优化需要建立在有坚实的基础,如果在不了解其内部机制,改良也仅仅是“形式主义”。

结合开始CodeReview的例子:

你的同事在CodeReview时,要求你将实例方法上的synchronized,改为效率更高的同步代码块方式。在你不清楚同步代码的用法时,网上搜到了一段synchronized(this){}代码,复制下来发现也能用,此时你以为你改良优化了代码。但实际上,你可能只是做了一点形式主义上的优化。


为什么这么说?这需要清楚地认识同步代码块到底应该怎么用。

3.1)synchronized(this){...}

this关键字所代表的意思是该对象实例,换句话说,这种用法synchronized锁住的仍然是对象实例,他和public synchronized void demo(){}可以说仅仅是做了语法上的改变。 

 1 /**
 2 * 2019-06-13
 3 * Created with OKevin.
 4 **/
 5 public class Demo {
 6   
 7    public synchronized void demo1() {
 8        while (true) {  //死循环目的是为了让线程一直持有该锁
 9            System.out.println(Thread.currentThread());
10        }
11    }
12 
13    public synchronized void demo2() {
14        while (true) {
15            System.out.println(Thread.currentThread());
16        }
17    }
18 }

改为以下方式: 

 1 /**
 2 * Description:
 3 * synchronized同步代码块对本实例加锁(this)
 4 * 假设demo1与demo2方法不相关,此时两个线程对同一个对象实例分别调用demo1与demo2,只要其中一个线程获取到了锁即执行了demo1或者demo2,此时另一个线程会永远处于阻塞状态
 5 * 2019-06-13
 6 * Created with OKevin.
 7 */
 8 public class Demo {
 9 
10    public void demo1() {
11        synchronized (this) {
12            while (true) {  //死循环目的是为了让线程一直持有该锁
13                System.out.println(Thread.currentThread());
14            }
15        }
16    }
17 
18    public void demo2() {
19        synchronized (this) {
20            while (true) {
21                System.out.println(Thread.currentThread());
22            }
23        }
24    }
25 }

也许后者在JVM中可能会做一些特殊的优化,但从代码分析上来讲,两者并没有做到很大的优化,线程1执行demo1,线程2执行demo2,由于两个方法均是抢占对象实例的锁,只要有一个线程获取到锁,另外一个线程只能阻塞等待,即使两个方法不相关。

3.2)private Object obj = new Object();    synchronized(obj){...}

 1 /**
 2 * Description:
 3 * synchronized同步代码块对对象内部的实例加锁
 4 * 假设demo1与demo2方法不相关,此时两个线程对同一个对象实例分别调用demo1与demo2,均能获取各自的锁
 5 * 2019-06-13
 6 * Created with OKevin.
 7 */
 8 public class Demo {
 9    private Object lock1 = new Object();
10    private Object lock2 = new Object();
11 
12    public void demo1() {
13        synchronized (lock1) {
14            while (true) {  //死循环目的是为了让线程一直持有该锁
15                System.out.println(Thread.currentThread());
16            }
17        }
18    }
19 
20    public void demo2() {
21        synchronized (lock2) {
22            while (true) {
23                System.out.println(Thread.currentThread());
24            }
25        }
26    }
27 }

经过上面的分析,看到这里,你可能会开始懂了,可以看到demo1方法中的同步代码块锁住的是lock1对象实例,demo2方法中的同步代码块锁住的是lock2对象实例。如果线程1执行demo1,线程2执行demo2,由于两个方法抢占的是不同的对象实例锁,也就是说两个线程均能获取到锁执行各自的方法(当然前提是两个方法互不相关,才不会出现逻辑错误)。

 

3.3)synchronized(Demo.class){...}

这种形式等同于抢占获取类锁,这种方式,同样和3.1一样,收效甚微。

 

所以CodeReivew后的代码应该是3.2) private Object obj = new Object();    synchronized(obj){...},这才是对你代码的改良优化。

 

本文代码仓库:https://github.com/yu-linfeng/BlogRepositories/tree/master/repositories/sync

关注公众号:coderbuff,下期预告:synchronized凭什么锁得住?

 

 

这是一个能给程序员加buff的公众号 (CoderBuff)

 

posted @ 2019-06-14 00:35 OKevin 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏