多线程教程（六）线程共享带来的问题、synchronized

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原创最新推荐文章于 2026-10-22 18:25:45 发布 309 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Java多线程与共享变量 System.out.println("转账成功: " + amount + " 从 " + this.name + " 到 " + to.name);System.out.println("任务 " + taskId + " 开始执行，线程: " + Thread.currentThread().getName());System.out.println("总次数: " + (successCount.get() + failureCount.get()));// 总是1000000。阅读详情

多线程教程（六）线程共享带来的问题、synchronized

多线程虽然能够带来性能上提升，但是也会带来一些线程共享的问题

两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？

static int counter = 0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     Thread t1 = new Thread(() -> {
         for (int i = 0; i < 5000; i++) {
             counter++;
         }
     }, "t1");
     Thread t2 = new Thread(() -> {
         for (int i = 0; i < 5000; i++) {
            counter--;
         }
     }, "t2");
     t1.start();
     t2.start();
     t1.join();
     t2.join();
     log.debug("{}",counter);
}

上述代码输出的日志可能出现正数、负数或零。主要的原因是

成员变量存储在主内存中，每个线程拿到的是成员变量的复制，各个线程成员变量的复制互不相关，并在处理完毕之后覆盖主内存上的成员变量

在这里插入图片描述

操作系统会将jvm转义后的字节码进行重排序，以提高运行效率。在没有开启多线程的时候，操作系统会保证有依赖关系的字节码顺序不进行调换（happen-before关系），以此保证单线程代码的结果一致性。但是开启多线程之后，每个线程只能保证自己线程的依赖关系，对于共享的变量就会产生线程共享问题。
count++、count–都不是原子性的，在字节码层面都是多步操作，存在多线程情况下顺序调换的可能性。

例如对于 i++ 而言（i 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：

getstatic i 	// 获取静态变量i的值

iconst_1 		// 准备常量1

iadd 			// 自增

putstatic i 	// 将修改后的值存入静态变量i

而对应 i-- 也是类似：

getstatic i 	// 获取静态变量i的值

iconst_1 		// 准备常量1

isub 			// 自减

putstatic i 	// 将修改后的值存入静态变量i

在这里插入图片描述

上图所示就是结果出现负数的情况

线程2首先分配cpu时间块，拿到了静态变量i的复制，进行减法操作后开始上下文切换
线程1在上下文切换后分配到cpu时间块，拿到了静态变量i的复制，进行加法操作，并将i的复制写入主内存的静态变量i
上下文切换，线程2再次分配到cpu时间块，将减法操作后的静态变量i的复制写入主内存的静态变量i
最终结果导致，主内存中静态变量i数值为-1（期待结果0）

同理，可能出现结果为正数的情况。

2.临界区与竟态条件

一个程序运行多个线程本身是没有问题的，问题出在多个线程访问共享资源

多个线程读共享资源其实也没有问题

在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题

一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区

例如，下面代码中的临界区

static int counter = 0;
static void increment() 
// 临界区
{ 
 	counter++; 
}

static void decrement() 
// 临界区
{ 
 	counter--; 
}

竞态条件 Race Condition

多个线程在临界区内执行，由于代码的执行序列不同而导致结果无法预测，称之为发生了竞态条件

3.临界区的竟态条件解决方案

为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的。

阻塞式的解决方案：synchronized，Lock

该方法实际上是通过加锁，没有锁的线程不能操作共享资源来保证临界区不产生竟态条件

非阻塞式的解决方案：原子变量

该方法将对共享资源的操作改为原子性，这样无论操作系统如何改变字节码的顺序，都不会影响到最终的结果。

4. synchronized解决方案

本节使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换

注意

虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：

互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码

同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点

synchronized

语法

解决

synchronized(对象) // 线程1， 线程2(blocked)

{

 临界区

}

static int counter = 0;

static final Object room = new Object();

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

     Thread t1 = new Thread(() -> {

         for (int i = 0; i < 5000; i++) {

         synchronized (room) {

         counter++;

         }

         }

     }, "t1");

     Thread t2 = new Thread(() -> {

         for (int i = 0; i < 5000; i++) {

         synchronized (room) {

         counter--;

         }

         }

     }, "t2");

     t1.start();

     t2.start();

     t1.join();

     t2.join();

     log.debug("{}",counter);

}

你可以做这样的类比：

synchronized(对象) 中的对象，可以想象为一个房间（room），有唯一入口（门）房间只能一次进入一人进行计算，线程 t1，t2 想象成两个人
当线程 t1 执行到 synchronized(room) 时就好比 t1 进入了这个房间，并锁住了门拿走了钥匙，在门内执行count++ 代码
这时候如果 t2 也运行到了 synchronized(room) 时，它发现门被锁住了，只能在门外等待，发生了上下文切换，阻塞住了
这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，t2 线程还在阻塞状态进不来，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入
当 t1 执行完 synchronized{} 块内的代码，这时候才会从 obj 房间出来并解开门上的锁，唤醒 t2 线程把钥匙给他。t2 线程这时才可以进入 obj 房间，锁住了门拿上钥匙，执行它的 count-- 代码

用图来表示:

在这里插入图片描述

面向对象改进

把需要保护的共享变量放入一个类

class Room {

     int value = 0;

     public void increment() {

         synchronized (this) {

         value++;

         }

     }

     public void decrement() {

         synchronized (this) {

         value--;

         }

     }

     public int get() {

         synchronized (this) {

         return value;

         }

         }
}


@Slf4j
public class Test1 {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

         Room room = new Room();

         Thread t1 = new Thread(() -> {

             for (int j = 0; j < 5000; j++) {

             room.increment();
             }
         }, "t1");
         Thread t2 = new Thread(() -> {
             for (int j = 0; j < 5000; j++) {
             	room.decrement();
             }
         }, "t2");
         t1.start();
         t2.start();
         t1.join();
         t2.join();
         log.debug("count: {}" , room.get());
     }
}

方法上的 synchronized

 class Test{

 public synchronized void test() {
 }

}

等价于

class Test{

 public void test() {
     synchronized(this) {
     }

 }

}

class Test{
     public synchronized static void test() {
     }
}
等价于
class Test{
     public static void test() {
         synchronized(Test.class) {

         }
     }
}