java多線程編程之使用Synchronized關鍵字同步類方法

2019-11-26 15:43:56

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public synchronized void run()
{     
}

從上面的代碼可以看出，只要在void和public之間加上synchronized關鍵字，就可以使run方法同步，也就是說，對于同一個Java類的對象實例，run方法同時只能被一個線程調用，并當前的run執行完后，才能被其他的線程調用。即使當前線程執行到了run方法中的yield方法，也只是暫停了一下。由于其他線程無法執行run方法，因此，最終還是會由當前的線程來繼續執行。先看看下面的代碼：
sychronized關鍵字只和一個對象實例綁定

復制代碼代碼如下:

class Test
  {
        public synchronized void method()
       {

       }
  }

  public class Sync implements Runnable
  {
       private Test test;
       public void run()
       {
            test.method();
       }
       public Sync(Test test)
       {
           this.test = test;
       }
       public static void main(String[] args) throws Exception
       {
           Test test1 =  new Test();
           Test test2 =  new Test();
           Sync sync1 = new Sync(test1);
           Sync sync2 = new Sync(test2);
           new Thread(sync1).start();
           new Thread(sync2).start(); 
       }
   }
 

在Test類中的method方法是同步的。但上面的代碼建立了兩個Test類的實例，因此，test1和test2的method方法是分別執行的。要想讓method同步，必須在建立Sync類的實例時向它的構造方法中傳入同一個Test類的實例，如下面的代碼所示：
Sync sync1 = new Sync(test1);
不僅可以使用synchronized來同步非靜態方法，也可以使用synchronized來同步靜態方法。如可以按如下方式來定義method方法：

復制代碼代碼如下:

class Test 
{
    public static synchronized void method() {   }
}

建立Test類的對象實例如下：
Test test = new Test();
對于靜態方法來說，只要加上了synchronized關鍵字，這個方法就是同步的，無論是使用test.method()，還是使用Test.method()來調用method方法，method都是同步的，并不存在非靜態方法的多個實例的問題。
在23種設計模式中的單件（Singleton）模式如果按傳統的方法設計，也是線程不安全的，下面的代碼是一個線程不安全的單件模式。

復制代碼代碼如下:

package test;

// 線程安全的Singleton模式
class Singleton
{
private static Singleton sample;

    private Singleton()
    {
    }
    public static Singleton getInstance()
    {
        if (sample == null)
        {
            Thread.yield(); // 為了放大Singleton模式的線程不安全性
            sample = new Singleton();
        }
        return sample;
    }
}
public class MyThread extends Thread
{
    public void run()
    {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton.hashCode());
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        Thread threads[] = new Thread[5];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            threads[i] = new MyThread();
        for (int i = 0; i < threads.length; i++)
            threads[i].start();
    }
}

在上面的代碼調用yield方法是為了使單件模式的線程不安全性表現出來，如果將這行去掉，上面的實現仍然是線程不安全的，只是出現的可能性小得多。
程序的運行結果如下：

復制代碼代碼如下:

上面的運行結果可能在不同的運行環境上有所有同，但一般這五行輸出不會完全相同。從這個輸出結果可以看出，通過getInstance方法得到的對象實例是五個，而不是我們期望的一個。這是因為當一個線程執行了Thread.yield()后，就將CPU資源交給了另外一個線程。由于在線程之間切換時并未執行到創建Singleton對象實例的語句，因此，這幾個線程都通過了if判斷，所以，就會產生了建立五個對象實例的情況（可能創建的是四個或三個對象實例，這取決于有多少個線程在創建Singleton對象之前通過了if判斷，每次運行時可能結果會不一樣）。
要想使上面的單件模式變成線程安全的，只要為getInstance加上synchronized關鍵字即可。代碼如下：
public static synchronized Singleton getInstance() { }
當然，還有更簡單的方法，就是在定義Singleton變量時就建立Singleton對象，代碼如下：
private static final Singleton sample = new Singleton();
然后在getInstance方法中直接將sample返回即可。這種方式雖然簡單，但不知在getInstance方法中創建Singleton對象靈活。讀者可以根據具體的需求選擇使用不同的方法來實現單件模式。

在使用synchronized關鍵字時有以下四點需要注意：

1. synchronized關鍵字不能繼承。
雖然可以使用synchronized來定義方法，但synchronized并不屬于方法定義的一部分，因此，synchronized關鍵字不能被繼承。如果在父類中的某個方法使用了synchronized關鍵字，而在子類中覆蓋了這個方法，在子類中的這個方法默認情況下并不是同步的，而必須顯式地在子類的這個方法中加上synchronized關鍵字才可以。當然，還可以在子類方法中調用父類中相應的方法，這樣雖然子類中的方法不是同步的，但子類調用了父類的同步方法，因此，子類的方法也就相當于同步了。這兩種方式的例子代碼如下：
在子類方法中加上synchronized關鍵字

復制代碼代碼如下:

class Parent
{
    public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent
{
    public synchronized void method() {   }
}

在子類方法中調用父類的同步方法

復制代碼代碼如下:

class Parent
{
    public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent
{
    public void method() { super.method();   }
}

2. 在定義接口方法時不能使用synchronized關鍵字。
3. 構造方法不能使用synchronized關鍵字，但可以使用下節要討論的synchronized塊來進行同步。
4. synchronized可以自由放置。
在前面的例子中使用都是將synchronized關鍵字放在方法的返回類型前面。但這并不是synchronized可放置唯一位置。在非靜態方法中，synchronized還可以放在方法定義的最前面，在靜態方法中，synchronized可以放在static的前面，代碼如下：

復制代碼代碼如下:

public synchronized void method();
synchronized public void method();
public static synchronized void method();
public synchronized static void method();
synchronized public static void method();

但要注意，synchronized不能放在方法返回類型的后面，如下面的代碼是錯誤的：

復制代碼代碼如下:

public void synchronized method();
public static void synchronized method();

synchronized關鍵字只能用來同步方法，不能用來同步類變量，如下面的代碼也是錯誤的。

復制代碼代碼如下:

public synchronized int n = 0;
public static synchronized int n = 0;

雖然使用synchronized關鍵字同步方法是最安全的同步方式，但大量使用synchronized關鍵字會造成不必要的資源消耗以及性能損失。雖然從表面上看synchronized鎖定的是一個方法，但實際上synchronized鎖定的是一個類。也就是說，如果在非靜態方法method1和method2定義時都使用了synchronized，在method1未執行完之前，method2是不能執行的。靜態方法和非靜態方法的情況類似。但靜態和非靜態方法不會互相影響?？纯慈缦碌拇a：

復制代碼代碼如下:

package test;

public class MyThread1 extends Thread
{
public String methodName;

    public static void method(String s)
    {
        System.out.println(s);
        while (true)

    }
    public synchronized void method1()
    {
        method("非靜態的method1方法");
    }
    public synchronized void method2()
    {
        method("非靜態的method2方法");
    }
    public static synchronized void method3()
    {
        method("靜態的method3方法");
    }
    public static synchronized void method4()
    {
        method("靜態的method4方法");
    }
    public void run()
    {
        try
        {
            getClass().getMethod(methodName).invoke(this);
        }
        catch (Exception e)
        {
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        MyThread1 myThread1 = new MyThread1();
        for (int i = 1; i <= 4; i++)
        {
            myThread1.methodName = "method" + String.valueOf(i);
            new Thread(myThread1).start();
            sleep(100);
        }
    }
}

運行結果如下：

復制代碼代碼如下:

非靜態的method1方法
靜態的method3方法

從上面的運行結果可以看出，method2和method4在method1和method3未結束之前不能運行。因此，我們可以得出一個結論，如果在類中使用synchronized關鍵字來定義非靜態方法，那將影響這個中的所有使用synchronized關鍵字定義的非靜態方法。如果定義的是靜態方法，那么將影響類中所有使用synchronized關鍵字定義的靜態方法。這有點象數據表中的表鎖，當修改一條記錄時，系統就將整個表都鎖住了，因此，大量使用這種同步方式會使程序的性能大幅度下降。

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