Java多线程——synchronized使用详解

本文详细介绍了Java多线程中的synchronized关键字,包括其基本概念、使用方法及注意事项。通过实例演示了synchronized在不同场景下的应用,如修饰代码块、方法等。

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一 前言

Java多线程是面试必考的知识点,哈哈,说的有点太绝对了,题外话不说那么多了,今天我们就来了解一下Java多线程中的synchronized。

synchronized相信大家都看过或者用过,synchronized是Java中的关键字,synchronized可以保证方法或者代码块在运行时,同一时刻只有一个方法可以进入到临界区,同时它还可以保证共享变量的内存可见性,Java中每一个对象都可以作为锁,这是synchronized实现同步的基础。

它修饰的对象有以下几种:
1. 修饰一个代码块,被修饰的代码块称为同步语句块,其作用的范围是大括号{}括起来的代码,作用的对象是调用这个代码块的对象;
2. 修饰一个方法,被修饰的方法称为同步方法,其作用的范围是整个方法,作用的对象是调用这个方法的对象;
3. 修饰一个静态的方法,其作用的范围是整个静态方法,作用的对象是这个类的所有对象;
4. 修饰一个类,其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分,作用主的对象是这个类的所有对象。

二 synchronized 使用
1. synchronized修饰代码块

修饰一个代码块,被修饰的代码块称为同步语句块,其作用的范围是大括号{}括起来的代码,作用的对象是调用这个代码块的对象。

1.1 多个线程访问 同一对象 的同步代码块

一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时,其它线程试图访问该对象的线程将被阻塞。
例子走起:

/**
 * Desc: 线程代码块同步
 * @author: zhangqilu
 */
public class ThreadSyn implements Runnable{
    private  volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        synchronized(this) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

调用ThreadSyn

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下:

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:8
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:9

结论:当两个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象(这个很重要)(ThreadSyn)中的synchronized代码块时,在同一时刻只能有一个线程得到执行,另一个线程受阻塞,必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。Thread1和thread2是互斥的,因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象,只有执行完该代码块才能释放该对象锁,下一个线程才能执行并锁定该对象,一个对象就一个锁。

1.2 多个线程访问 不同对象 的同步代码块

代码简单修改一下,

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        ThreadSyn threadSynTwo = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynTwo,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

结果如下:

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:1
com.example.same.androidinterview I/HwPointEventFilter: do not 
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7

不是说一个线程执行synchronized代码块时其它的线程受阻塞吗?为什么上面的例子中thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象,每个对象只有一个锁(lock)与之相关联。
这时创建了两个ThreadSyn的对象threadSynOne和threadSynTwo,线程thread1执行的是threadSynOne对象中的synchronized代码,而线程thread2执行的是threadSynTwo对象中的synchronized代码。我们知道synchronized锁定的是对象,这时会有两把锁分别锁定threadSynOne对象和threadSynTwo对象,而这两把锁是互不干扰的,不形成互斥,所以两个线程可以同时执行。

结论:
当多个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象(这个很重要)(ThreadSyn)中的synchronized代码块时,在同一时刻只能有一个线程得到执行,其他线程受阻塞,必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。
当多个线程访问 不同对象 的同步代码块,线程访问各自同步代码块,线程不会阻塞,互不干扰。

1.3 多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

一个线程访问对象 的同步代码块,另一个线程可以访问该对象的非同步代码。

将 ThreadSyn代码做稍微的修改

public class ThreadSyn implements Runnable {
    private volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {

        String threadName = Thread.currentThread().getName();

        if(threadName.equals("ThreadSynOne")){
            synchronized (this) {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    try {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count :" + (count++));
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }else if(threadName.equals("ThreadSynTwo")){
            for (int j = 0; j < 5; j++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " j :" +j);
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

调用代码:

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下:

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :0
/com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo j :4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne count :4

结论:上面代码中线程名字为ThreadSynOne会执行一个synchronized的同步代码块,线程名字为ThreadSynTwo会执行非synchronized的代码块。从上面的结果中可以看出一个线程访问一个对象的synchronized代码块时,别的线程可以访问该对象的非synchronized代码块而不受阻塞。

1.3 指定要给某个对象加锁

当有一个明确的对象作为锁时,就可以用类似下面这样的方式写程序。

public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 锁定的对象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

我们用synchronized 给obj对象加了锁。这时,当一个线程访问obj对象时,其他试图访问obj对象的线程将会阻塞,直到该线程访问obj对象结束。也就是说谁拿到那个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。

当没有明确的对象作为锁,只是想让一段代码同步时,可以创建一个特殊的对象来充当锁:

class Test implements Runnable
{
   private byte[] lock = new byte[0];  // 特殊的instance变量
   public void method()
   {
      synchronized(lock) {
         // todo 同步代码块
      }
   }

   public void run() {

   }
}

说明:零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码:生成零长度的byte[]对象只需3条操作码,而Object lock = new Object()则需要7行操作码。

2 synchronized修饰一个方法

Synchronized修饰一个方法很简单,就是在方法的前面加synchronized。

public synchronized void method(){
    //todo
};

synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似,只是作用范围不一样,修饰代码块是大括号括起来的范围,而修饰方法范围是整个函数。如将上面demo中的run方法改成如下的方式,实现的效果一样。

/**
 * Desc: 线程代码块同步
 * @author: zhangqilu
 */
public class ThreadSyn implements Runnable{
    private  volatile static int count = 0;
    //  在run 方法前面加了synchronized
    @Override
    public synchronized void run() {
        synchronized(this) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

Synchronized作用于整个方法的写法。
写法一:

public synchronized void method()
{
   // todo
}

写法二:

public void method()
{
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}

写法一修饰的是一个方法,写法二修饰的是一个代码块,但写法一与写法二是等价的,都是锁定了整个方法时的内容。

在用synchronized修饰方法时要注意以下几点:
1. synchronized关键字不能继承。
虽然可以使用synchronized来定义方法,但synchronized并不属于方法定义的一部分,因此,synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字,而在子类中覆盖了这个方法,在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的,而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然,还可以在子类方法中调用父类中相应的方法,这样虽然子类中的方法不是同步的,但子类调用了父类的同步方法,因此,子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下:
在子类方法中加上synchronized关键字

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

在子类方法中调用父类的同步方法

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

注意事项:
1. 在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
2. 构造方法不能使用synchronized关键字,但可以使用synchronized代码块来进行同步。

synchronized方法的缺陷:
同步方法,这时synchronized锁定的是哪个对象呢?它锁定的是调用这个同步方法对象。也就是说,当一个对象 P1在不同的线程中执行这个同步方法时,它们之间会形成互斥,达到同步的效果。但是这个对象所属的Class所产生的另一对象P2却可以任意调用这个被加 了synchronized关键字的方法.同步方法实质是将synchronized作用于object reference。线程拿到了P1对象锁,才可以调用P1的同步方法,而对P2而言,P1这个锁与它毫不相干,程序也可能在这种情形下摆脱同步机制的控制,造成数据混乱。

若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率,典型地,若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ,由于在线程的整个生命期内它一直在运行,因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中,将其声明为 synchronized ,并在主方法中调用来解决这一问题,但是 Java 为我们提供了更好的解决办法,那就是 synchronized代码块(上面已经说了)。

3. synchronized修饰一个静态的方法

Synchronized也可修饰一个静态方法,用法如下:

public synchronized static void method() {
   // todo
}

静态方法是属于类的而不属于对象的。同样的,synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。我们上面代码进行一些修改如下:

public class ThreadSyn implements Runnable {
    private volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    public synchronized static void method() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count :" + (count++));
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
 }

调用ThreadSyn

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下:

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:8
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:9

threadSynOne和threadSynTwo是SyncThread的两个对象,但在thread1和thread2并发执行时却保持了线程同步。这是因为run中调用了静态方法method,而静态方法是属于类的,所以threadSynOne和threadSynTwo相当于用了同一把锁。

总结:synchronized作用的对象是一个静态方法,则它取得的是类的锁,该类所有的对象同一把锁,所有会阻塞。

4.synchronized作用于一个类

synchronized还可作用于一个类,用法如下:

class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}

修改上面代码

public  class  ThreadSyn implements Runnable {
    private volatile static int count = 0;
    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    public  static void method() {
        synchronized (ThreadSyn.class) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count :" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
  }

调用ThreadSyn

        ThreadSyn threadSynOne = new ThreadSyn();
        Thread thread1 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynOne");
        Thread thread2 = new Thread(threadSynOne,"ThreadSynTwo");
        thread1.start();
        thread2.start();

输出结果如下:

com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:0
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:1
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:2
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:3
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynOne:4
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:5
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:6
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:7
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:8
com.example.same.androidinterview I/System.out: ThreadSynTwo:9

结论:synchronized作用于一个类时,是给这个类加锁,这个类的所有对象用的是同一把锁。

三 总结
  1. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上,如果它作用的对象是非静态的,则它取得的锁是对象;如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类,则它取得的锁是对类,该类所有的对象同一把锁。
  2. 每个对象只有一个锁(lock)与之相关联,谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。
  3. 实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制。
本文章已经生成可运行项目
<think>好的,我现在需要解决用户在加载预训练模型时遇到的SafetensorError,具体是'MetadataIncompleteBuffer'错误。这个问题出现在使用Hugging Face的Transformers库的from_pretrained方法时。用户可能对Safetensors和相关的错误不太熟悉,所以我得先理解这个错误的原因,然后给出解决方案。 首先,我应该回忆一下Safetensors的相关知识。Safetensors是Hugging Face开发的一种安全且高效的文件格式,用于替代传统的PyTorch bin文件。它能够加快加载速度,并且避免反序列化时的安全风险。而MetadataIncompleteBuffer错误通常与文件头部的元数据不完整或损坏有关。可能的原因包括文件下载不完整、文件损坏,或者版本不兼容。 接下来,我需要考虑用户的具体情况。用户可能在下载模型时网络中断,导致文件不完整。或者他们使用的库版本过旧,无法正确解析Safetensors文件。还有可能模型文件本身存在问题,比如上传时损坏,或者使用了不兼容的Safetensors版本生成的文件。 针对这些可能的原因,我应该分步骤给出解决方案。首先建议用户检查文件完整性,重新下载模型文件。然后,确保所有相关库(如Transformers、Safetensors)更新到最新版本,以解决兼容性问题。如果问题依旧,可以尝试禁用Safetensors,强制使用PyTorch格式,这样虽然牺牲一些性能,但可能绕过当前的问题。此外,用户可能还需要清除缓存文件,因为旧的缓存可能导致问题。 另外,我需要考虑用户可能不知道如何执行这些步骤,比如如何检查文件哈希,或者如何更新库。因此,在回答中需要给出具体的命令行指令,例如使用`wget`重新下载,或者使用`pip install --upgrade`命令更新库。同时,如果用户禁用Safetensors,需要指导他们在from_pretrained方法中添加参数`use_safetensors=False`。 最后,应该提醒用户,如果所有方法都失败,可以联系模型维护者确认文件是否有问题,或者到社区寻求帮助。例如,Hugging Face的论坛或GitHub仓库都是寻求支持的好地方。 现在,我需要确保回答结构清晰,步骤明确,并且涵盖所有可能的原因和解决方法。同时,按照用户的要求,生成相关问题,帮助用户进一步理解Safetensors和相关错误。</think>### 解决 `SafetensorError: MetadataIncompleteBuffer` 错误 #### 问题原因分析 此错误通常发生在使用 `transformers` 库的 `from_pretrained` 方法加载 Safetensors 格式的模型时,可能由以下原因导致: 1. **模型文件损坏**:文件下载不完整或传输过程中数据丢失 2. **版本不兼容**:使用的 `safetensors` 或 `transformers` 库版本过低 3. **元数据解析失败**:Safetensors 文件头部的元数据结构不符合预期格式[^1] #### 逐步解决方案 1. **验证文件完整性** - 重新下载模型文件(建议使用断点续传工具) ```bash wget --continue https://huggingface.co/[模型路径]/resolve/main/model.safetensors ``` - 检查文件哈希值是否与模型仓库中声明的匹配 2. **升级依赖库** ```bash pip install --upgrade transformers safetensors ``` 3. **清除缓存** ```python from transformers import AutoModel model = AutoModel.from_pretrained("模型名称", force_download=True) # 强制重新下载 ``` 4. **禁用 Safetensors(临时方案)** ```python model = AutoModel.from_pretrained("模型名称", use_safetensors=False) ``` 5. **检查文件编码(开发者场景)** 若需手动检查 Safetensors 文件: ```python from safetensors import safe_open with safe_open("model.safetensors", framework="pt") as f: print(f.keys()) # 验证元数据是否可读 ``` #### 技术原理说明 Safetensors 文件结构包含: $$ \text{Header} + \text{Tensor Data} $$ 其中头部使用 JSON 格式存储张量元数据。当反序列化过程中检测到 JSON 解析失败或长度不匹配时,会触发 `MetadataIncompleteBuffer` 错误[^1]。 相关问题
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