【186期】一口气说出 Synchronized 同步方法的八种使用场景

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阶段汇总集合:

简介

本文将介绍7种同步方法的访问场景,我们来看看着七种情况下,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。

  • 两个线程同时访问同一个对象的同步方法
  • 两个线程同时访问两个对象的同步方法
  • 两个线程同时访问(一个或两个)对象的静态同步方法
  • 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
  • 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
  • 两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法
  • 两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法
  • 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。

    两个线程同时访问同一个对象的同步方法,是线程安全的。

    我们在前文中已经讲过了,这里:

    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:

    两个线程同时访问两个对象的同步方法,是线程不安全的。

    代码验证:

    
    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");
     }
    }
    

    运行结果:

    两个线程是并行执行的,所以线程不安全。

    
    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
    

    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:

    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。

    关于此方法的代码实现和详细讲解,参考文章:

    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:

    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。

    
    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");
     }
    
    }
    

    运行结果:

    两个线程是并行执行的,所以是线程不安去的。

    
    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
    

    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:

    非同步方法不受其它由synchronized修饰的同步方法影响

    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?

    
    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");
     }
    
    }
    

    运行结果:

    
    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
    

    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:

    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。

    往期面试题汇总:

    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:

    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。

    
    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");
     }
    }
    

    运行结果:

    是线程安全的。

    
    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
    

    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:

    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。

    代码实现:

    
    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");
     }
    

    运行结果:

    
    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
    

    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:

    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。

    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:

    
    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");
     }
    
    }
    

    运行结果:

    
    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
    

    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。

    本文涵盖了 synchronized关键字的最重要的各种使用场景,也是面试官常常会问到的高频问题,是一篇值得大家仔细阅读和亲自动手实践的文章,喜欢本文请点赞和收藏。

    来源:blog.csdn.net/x541211190/article/details/106272922

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    2021-04-05