12.多线程-synchronized关键字解析

     本篇主要从另外一个博主上学习的，他对Java并发中synchronized关键字进行较为深入的探索，篇幅有点长，有些我还领悟得不是很好。但是我觉得该文章让我对同步的方法领悟到很多东西，所以整理后，加上一些自己的标注，就分享出来了。

·        synchronized的三种应用方式

o   synchronized作用于实例方法

o   synchronized作用于静态方法

o   synchronized同步代码块

·        synchronized底层语义原理

o   理解Java对象头与Monitor

o   synchronized代码块底层原理

o   synchronized方法底层原理

o   Java虚拟机对synchronized的优化

§ 偏向锁

§ 轻量级锁

§ 自旋锁

§ 锁消除

·        关于synchronized 可能需要了解的关键点

o   synchronized的可重入性

o   线程中断与synchronized

§ 线程中断

§ 中断与synchronized

o   等待唤醒机制与synchronized

线程安全是并发编程中的重要关注点，应该注意到的是，造成线程安全问题的主要诱因有两点，一是存在共享数据(也称临界资源)，二是存在多条线程共同操作共享数据。因此为了解决这个问题，我们可能需要这样一个方案，当存在多个线程操作共享数据时，需要保证同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据，其他线程必须等到该线程处理完数据后再进行，这种方式有个高尚的名称叫互斥锁，即能达到互斥访问目的的锁，也就是说当一个共享数据被当前正在访问的线程加上互斥锁后，在同一个时刻，其他线程只能处于等待的状态，直到当前线程处理完毕释放该锁。在 Java 中，关键字 synchronized可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代Volatile功能），这点确实也是很重要的。

synchronized的三种应用方式

synchronized关键字最主要有以下3种应用方式，下面分别介绍

·        修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁

·        修饰静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步代码前要获得当前类对象的锁

·        修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。

synchronized作用于实例方法

所谓的实例对象锁就是用synchronized修饰实例对象中的实例方法，注意是实例方法不包括静态方法，如下

publicclassAccountingSyncimplementsRunnable{

    //共享资源(临界资源)

    staticint i=0;

 

    /**

     * synchronized修饰实例方法

     */

    publicsynchronizedvoidincrease(){

        i++;

    }

    @Override

    publicvoidrun() {

        for(int j=0;j<1000000;j++){

            increase();

        }

    }

    publicstaticvoidmain(String[] args) throws InterruptedException {

        AccountingSync instance=new AccountingSync();

        Thread t1=new Thread(instance);

        Thread t2=new Thread(instance);

        t1.start();

        t2.start();

        t1.join();

        t2.join();

        System.out.println(i);

    }

    /**

     * 输出结果:

     * 2000000

     */

}

上述代码中，我们开启两个线程操作同一个共享资源即变量i，由于i++;操作并不具备原子性，该操作是先读取值，然后写回一个新值，相当于原来的值加上1，分两步完成，如果第二个线程在第一个线程读取旧值和写回新值期间读取i的域值，那么第二个线程就会与第一个线程一起看到同一个值，并执行相同值的加1操作，这也就造成了线程安全失败，因此对于increase方法必须使用synchronized修饰，以便保证线程安全。此时我们应该注意到synchronized修饰的是实例方法increase，在这样的情况下，当前线程的锁便是实例对象instance，注意Java中的线程同步锁可以是任意对象。从代码执行结果来看确实是正确的，倘若我们没有使用synchronized关键字，其最终输出结果就很可能小于2000000，这便是synchronized关键字的作用。这里我们还需要意识到，当一个线程正在访问一个对象的 synchronized 实例方法，那么其他线程不能访问该对象的其他 synchronized 方法，毕竟一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，所以无法访问该对象的其他synchronized实例方法，但是其他线程还是可以访问该实例对象的其他非synchronized方法，当然如果是一个线程 A 需要访问实例对象 obj1 的 synchronized 方法 f1(当前对象锁是obj1)，另一个线程 B 需要访问实例对象 obj2 的 synchronized 方法 f2(当前对象锁是obj2)，这样是允许的，因为两个实例对象锁并不同相同，此时如果两个线程操作数据并非共享的，线程安全是有保障的，遗憾的是如果两个线程操作的是共享数据，那么线程安全就有可能无法保证了，如下代码将演示出该现象

publicclassAccountingSyncBadimplementsRunnable{

    staticint i=0;

    publicsynchronizedvoidincrease(){

        i++;

    }

    @Override

    publicvoidrun() {

        for(int j=0;j<1000000;j++){

            increase();

        }

    }

    publicstaticvoidmain(String[] args) throws InterruptedException {

        //new新实例

        Thread t1=new Thread(new AccountingSyncBad());

        //new新实例

        Thread t2=new Thread(new AccountingSyncBad());

        t1.start();

        t2.start();

        //join含义:当前线程A等待thread线程终止之后才能从thread.join()返回

        t1.join();

        t2.join();

        System.out.println(i);

    }

}

上述代码与前面不同的是我们同时创建了两个新实例AccountingSyncBad，然后启动两个不同的线程对共享变量i进行操作，但很遗憾操作结果是1452317而不是期望结果2000000，因为上述代码犯了严重的错误，虽然我们使用synchronized修饰了increase方法，但却new了两个不同的实例对象，这也就意味着存在着两个不同的实例对象锁，因此t1和t2都会进入各自的对象锁，也就是说t1和t2线程使用的是不同的锁，因此线程安全是无法保证的。解决这种困境的的方式是将synchronized作用于静态的increase方法，这样的话，对象锁就当前类对象，由于无论创建多少个实例对象，但对于的类对象拥有只有一个，所有在这样的情况下对象锁就是唯一的。下面我们看看如何使用将synchronized作用于静态的increase方法。

synchronized作用于静态方法

当synchronized作用于静态方法时，其锁就是当前类的class对象锁。由于静态成员不专属于任何一个实例对象，是类成员，因此通过class对象锁可以控制静态 成员的并发操作。需要注意的是如果一个线程A调用一个实例对象的非static synchronized方法，而线程B需要调用这个实例对象所属类的静态 synchronized方法，是允许的，不会发生互斥现象，因为访问静态 synchronized 方法占用的锁是当前类的class对象，而访问非静态 synchronized 方法占用的锁是当前实例对象锁，看如下代码

public class AccountingSyncClass implements Runnable{
 
 

    static int i=0;

    /**

     * 作用于静态方法,锁是当前class对象,也就是

     * AccountingSyncClass类对应的class对象