最新消息:XAMPP默认安装之后是很不安全的,我们只需要点击左方菜单的 "安全"选项,按照向导操作即可完成安全设置。

Java多线程访问Synchronized同步方法八种使用场景

XAMPP相关 admin 57浏览 0评论

简介

本文将介绍7种同步方法的访问场景,我们来看看这七种情况下,多线程访问同步方法是否还是线程安全的。这些场景是多线程编程中经常遇到的,而且也是面试时高频被问到的问题,所以不管是理论还是实践,这些都是多线程场景必须要掌握的场景。

八种使用场景:

接下来,我们来通过代码实现,分别判断以下场景是不是线程安全的,以及原因是什么。

  1. 两个线程同时访问同一个对象的同步方法
  2. 两个线程同时访问两个对象的同步方法
  3. 两个线程同时访问(一个或两个)对象的静态同步方法
  4. 两个线程分别同时访问(一个或两个)对象的同步方法和非同步方法
  5. 两个线程访问同一个对象中的同步方法,同步方法又调用一个非同步方法
  6. 两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法
  7. 两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法
  8. 同步方法抛出异常后,JVM会自动释放锁的情况

场景一:两个线程同时访问同一个对象的同步方法

分析:这种情况是经典的对象锁中的方法锁,两个线程争夺同一个对象锁,所以会相互等待,是线程安全的。

1
2
两个线程同时访问同一个对象的同步方法,是线程安全的。
1

我们在前文中已经讲过了。代码和详细讲解在《Java中synchronized实现对象锁的两种方式及原理解析》中的第二部分《方法锁》中,在此就不再重述了。

场景二:两个线程同时访问两个对象的同步方法

这种场景就是对象锁失效的场景,原因出在访问的是两个对象的同步方法,那么这两个线程分别持有的两个线程的锁,所以是互相不会受限的。加锁的目的是为了让多个线程竞争同一把锁,而这种情况多个线程之间不再竞争同一把锁,而是分别持有一把锁,所以我们的结论是:

1
2
两个线程同时访问两个对象的同步方法,是线程不安全的。
1

代码验证:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
public class Condition2 implements Runnable {
// 创建两个不同的对象
static Condition2 instance1 = new Condition2();
static Condition2 instance2 = new Condition2();@Override
public void run() {
method();
}private synchronized void method() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,运行结束”);
}public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(instance1);
Thread thread2 = new Thread(instance2);
thread1.start();
thread2.start();
while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
}
System.out.println(“测试结束”);
}
}
123456789101112131415161718192021222324252627282930

运行结果:

两个线程是并行执行的,所以线程不安全。

1
2
3
4
5
6
线程名:Thread-0,运行开始
线程名:Thread-1,运行开始
线程:Thread-0,运行结束
线程:Thread-1,运行结束
测试结束
12345

代码分析:

「问题在此:」两个线程(thread1、thread2),访问两个对象(instance1、instance2)的同步方法(method()),两个线程都有各自的锁,不能形成两个线程竞争一把锁的局势,所以这时,synchronized修饰的方法method()和不用synchronized修饰的效果一样(不信去把synchronized关键字去掉,运行结果一样),所以此时的method()只是个普通方法。

「如何解决这个问题:」若要使锁生效,只需将method()方法用static修饰,这样就形成了类锁,多个实例(instance1、instance2)共同竞争一把类锁,就可以使两个线程串行执行了。这也就是下一个场景要讲的内容。

场景三:两个线程同时访问(一个或两个)对象的静态同步方法

这个场景解决的是场景二中出现的线程不安全问题,即用类锁实现:

1
2
两个线程同时访问(一个或两个)对象的静态同步方法,是线程安全的。
1

关于此方法的代码实现和详细讲解,参考文章《Java中synchronized实现类锁的两种方式及原理解析》中的第二部分《静态方法锁的方式实现类锁》,在此不再重述。

场景四:两个线程分别同时访问(一个或两个)对象的同步方法和非同步方法

这个场景是两个线程其中一个访问同步方法,另一个访问非同步方法,此时程序会不会串行执行呢,也就是说是不是线程安全的呢?我们可以确定是线程不安全的,如果方法不加synchronized都是安全的,那就不需要同步方法了。验证下我们的结论:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
两个线程分别同时访问(一个或两个)对象的同步方法和非同步方法,是线程不安全的。
1
public class Condition4 implements Runnable {static Condition4 instance = new Condition4();@Override
public void run() {
//两个线程访问同步方法和非同步方法
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-0″)) {
//线程0,执行同步方法method0()
method0();
}
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-1″)) {
//线程1,执行非同步方法method1()
method1();
}
}// 同步方法
private synchronized void method0() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法,运行结束”);
}// 普通方法
private void method1() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,普通方法,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,普通方法,运行结束”);
}

public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(instance);
Thread thread2 = new Thread(instance);
thread1.start();
thread2.start();
while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
}
System.out.println(“测试结束”);
}

}
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

运行结果:

两个线程是并行执行的,所以是线程不安全的。

1
2
3
4
5
6
线程名:Thread-0,同步方法,运行开始
线程名:Thread-1,普通方法,运行开始
线程:Thread-0,同步方法,运行结束
线程:Thread-1,普通方法,运行结束
测试结束
12345

结果分析

「问题在于此:」 method1没有被synchronized修饰,所以不会受到锁的影响。即便是在同一个对象中,当然在多个实例中,更不会被锁影响了。结论:

1
2
非同步方法不受其它由synchronized修饰的同步方法影响
1

你可能想到一个类似场景:多个线程访问同一个对象中的同步方法,同步方法又调用一个非同步方法,这个场景会是线程安全的吗?

场景五:两个线程访问同一个对象中的同步方法,同步方法又调用一个非同步方法

我们来实验下这个场景,用两个线程调用同步方法,在同步方法中调用普通方法;再用一个线程直接调用普通方法,看看是否是线程安全的?

 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
public class Condition8 implements Runnable {static Condition8 instance = new Condition8();@Override
public void run() {
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-0″)) {
//直接调用普通方法
method2();
} else {
// 先调用同步方法,在同步方法内调用普通方法
method1();
}
}// 同步方法
private static synchronized void method1() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法,运行开始”);
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法,运行结束,开始调用普通方法”);
method2();
}// 普通方法
private static void method2() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,普通方法,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,普通方法,运行结束”);
}

public static void main(String[] args) {
// 此线程直接调用普通方法
Thread thread0 = new Thread(instance);
// 这两个线程直接调用同步方法
Thread thread1 = new Thread(instance);
Thread thread2 = new Thread(instance);
thread0.start();
thread1.start();
thread2.start();
while (thread0.isAlive() || thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
}
System.out.println(“测试结束”);
}

}
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253

运行结果:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
线程名:Thread-0,普通方法,运行开始
线程名:Thread-1,同步方法,运行开始
线程:Thread-1,同步方法,运行结束,开始调用普通方法
线程名:Thread-1,普通方法,运行开始
线程:Thread-0,普通方法,运行结束
线程:Thread-1,普通方法,运行结束
线程名:Thread-2,同步方法,运行开始
线程:Thread-2,同步方法,运行结束,开始调用普通方法
线程名:Thread-2,普通方法,运行开始
线程:Thread-2,普通方法,运行结束
测试结束
1234567891011

结果分析:

我们可以看出,普通方法被两个线程并行执行,不是线程安全的。这是为什么呢?

因为如果非同步方法,有任何其他线程直接调用,而不是仅在调用同步方法时,才调用非同步方法,此时会出现多个线程并行执行非同步方法的情况,线程就不安全了。

对于同步方法中调用非同步方法时,要想保证线程安全,就必须保证非同步方法的入口,仅出现在同步方法中。但这种控制方式不够优雅,若被不明情况的人直接调用非同步方法,就会导致原有的线程同步不再安全。所以不推荐大家在项目中这样使用,但我们要理解这种情况,并且我们要用语义明确的、让人一看就知道这是同步方法的方式,来处理线程安全的问题。

所以,最简单的方式,是在非同步方法上,也加上synchronized关键字,使其变成一个同步方法,这样就变成了《场景五:两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法》,这种场景下,大家就很清楚的看到,同一个对象中的两个同步方法,不管哪个线程调用,都是线程安全的了。

所以结论是:

1
2
两个线程访问同一个对象中的同步方法,同步方法又调用一个非同步方法,仅在没有其他线程直接调用非同步方法的情况下,是线程安全的。若有其他线程直接调用非同步方法,则是线程不安全的。
1

场景六:两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法

这个场景也是在探讨对象锁的作用范围,对象锁的作用范围是对象中的所有同步方法。所以,当访问同一个对象中的多个同步方法时,结论是:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法时,是线程安全的。
1
public class Condition5 implements Runnable {
static Condition5 instance = new Condition5();@Override
public void run() {
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-0″)) {
//线程0,执行同步方法method0()
method0();
}
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-1″)) {
//线程1,执行同步方法method1()
method1();
}
}private synchronized void method0() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法0,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法0,运行结束”);
}private synchronized void method1() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法1,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,同步方法1,运行结束”);
}//运行结果:串行
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(instance);
Thread thread2 = new Thread(instance);
thread1.start();
thread2.start();
while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
}
System.out.println(“测试结束”);
}
}
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546

运行结果:

是线程安全的。

1
2
3
4
5
6
线程名:Thread-1,同步方法1,运行开始
线程:Thread-1,同步方法1,运行结束
线程名:Thread-0,同步方法0,运行开始
线程:Thread-0,同步方法0,运行结束
测试结束
12345

结果分析:

两个方法(method0()和method1())的synchronized修饰符,虽没有指定锁对象,但默认锁对象为this对象为锁对象, 所以对于同一个实例(instance),两个线程拿到的锁是同一把锁,此时同步方法会串行执行。这也是synchronized关键字的可重入性的一种体现。

场景七:两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法

这种场景的本质也是在探讨两个线程获取的是不是同一把锁的问题。静态synchronized方法属于类锁,锁对象是(*.class)对象,非静态synchronized方法属于对象锁中的方法锁,锁对象是this对象。两个线程拿到的是不同的锁,自然不会相互影响。结论:

1
2
两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法,线程不安全。
1

代码实现:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
public class Condition6 implements Runnable {
static Condition6 instance = new Condition6();@Override
public void run() {
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-0″)) {
//线程0,执行静态同步方法method0()
method0();
}
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-1″)) {
//线程1,执行非静态同步方法method1()
method1();
}
}// 重点:用static synchronized 修饰的方法,属于类锁,锁对象为(*.class)对象。
private static synchronized void method0() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,静态同步方法0,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,静态同步方法0,运行结束”);
}// 重点:synchronized 修饰的方法,属于方法锁,锁对象为(this)对象。
private synchronized void method1() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,非静态同步方法1,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,非静态同步方法1,运行结束”);
}//运行结果:并行
public static void main(String[] args) {
//问题原因: 线程1的锁是类锁(*.class)对象,线程2的锁是方法锁(this)对象,两个线程的锁不一样,自然不会互相影响,所以会并行执行。
Thread thread1 = new Thread(instance);
Thread thread2 = new Thread(instance);
thread1.start();
thread2.start();
while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
}
System.out.println(“测试结束”);
}
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748

运行结果:

1
2
3
4
5
6
线程名:Thread-0,静态同步方法0,运行开始
线程名:Thread-1,非静态同步方法1,运行开始
线程:Thread-1,非静态同步方法1,运行结束
线程:Thread-0,静态同步方法0,运行结束
测试结束
12345

场景八:同步方法抛出异常后,JVM会自动释放锁的情况

本场景探讨的是synchronized释放锁的场景:

1
2
只有当同步方法执行完或执行时抛出异常这两种情况,才会释放锁。
1

所以,在一个线程的同步方法中出现异常的时候,会释放锁,另一个线程得到锁,继续执行。而不会出现一个线程抛出异常后,另一个线程一直等待获取锁的情况。这是因为JVM在同步方法抛出异常的时候,会自动释放锁对象。

代码实现:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
public class Condition7 implements Runnable {private static Condition7 instance = new Condition7();@Override
public void run() {
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-0″)) {
//线程0,执行抛异常方法method0()
method0();
}
if (Thread.currentThread().getName().equals(“Thread-1″)) {
//线程1,执行正常方法method1()
method1();
}
}private synchronized void method0() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//同步方法中,当抛出异常时,JVM会自动释放锁,不需要手动释放,其他线程即可获取到该锁
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,抛出异常,释放锁”);
throw new RuntimeException();}

private synchronized void method1() {
System.out.println(“线程名:” + Thread.currentThread().getName() + “,运行开始”);
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(“线程:” + Thread.currentThread().getName() + “,运行结束”);
}

public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(instance);
Thread thread2 = new Thread(instance);
thread1.start();
thread2.start();
while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
}
System.out.println(“测试结束”);
}

}
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

运行结果:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
线程名:Thread-0,运行开始
线程名:Thread-0,抛出异常,释放锁
线程名:Thread-1,运行开始
Exception in thread “Thread-0″ java.lang.RuntimeException
at com.study.synchronize.conditions.Condition7.method0(Condition7.java:34)
at com.study.synchronize.conditions.Condition7.run(Condition7.java:17)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
线程:Thread-1,运行结束
测试结束
123456789

结果分析:

可以看出线程还是串行执行的,说明是线程安全的。而且出现异常后,不会造成死锁现象,JVM会自动释放出现异常线程的锁对象,其他线程获取锁继续执行。

总结

本文总结了并用代码实现和验证了synchronized各种使用场景,以及各种场景发生的原因和结论。我们分析的理论基础都是synchronized关键字的锁对象究竟是谁?多个线程之间竞争的是否是同一把锁?根据这个条件来判断线程是否是安全的。所以,有了这些场景的分析锻炼后,我们在以后使用多线程编程时,也可以通过分析锁对象的方式,判断出线程是否是安全的,从而避免此类问题的出现。

转载请注明:XAMPP中文组官网 » Java多线程访问Synchronized同步方法八种使用场景