在上一篇中,我們講到了多線程是如何處理共享資源的,以及保證他們對資源進行互斥訪問所依賴的重要機制:對象鎖。



本篇中,我們來看一看傳統的同步實現方式以及這背后的原理。



很多人都知道,在Java多線程編程中,有一個重要的關鍵字,synchronized。但是很多人看到這個東西會感到困惑:“都說同步機制是通過對象鎖來實現的,但是這么一個關鍵字,我也看不出來Java程序鎖住了哪個對象阿?“



沒錯,我一開始也是對這個問題感到困惑和不解。不過還好,我們有下面的這個例程:



 1 public class ThreadTest extends Thread {

 2 

 3     private int threadNo;

 4 

 5     public ThreadTest(int threadNo) {

 6         this.threadNo = threadNo;

 7     }

 8 

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

10         for (int i = 1; i < 10; i++) {

11             new ThreadTest(i).start();

12             Thread.sleep(1);

13         }

14     }

15 

16     @Override

17     public synchronized void run() {

18         for (int i = 1; i < 10000; i++) {

19             System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);

20         }

21     }

22 }



這個程序其實就是讓10個線程在控制臺上數數,從1數到9999。理想情況下,我們希望看到一個線程數完,然后才是另一個線程開始數數。但是這個程序的執行過程告訴我們,這些線程還是亂糟糟的在那里搶著報數,絲毫沒有任何規矩可言。



但是細心的讀者注意到:run方法還是加了一個synchronized關鍵字的,按道理說,這些線程應該可以一個接一個的執行這個run方法才對阿。



但是通過上一篇中,我們提到的,對于一個成員方法加synchronized關鍵字,這實際上是以這個成員方法所在的對象本身作為對象鎖。在本例中,就是以ThreadTest類的一個具體對象,也就是該線程自身作為對象鎖的。一共十個線程,每個線程持有自己 線程對象的那個對象鎖。這必然不能產生同步的效果。換句話說,如果要對這些線程進行同步,那么這些線程所持有的對象鎖應當是共享且唯一的!

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我們來看下面的例程:



 1 public class ThreadTest2 extends Thread {

 2 

 3     private int threadNo;

 4     private String lock;

 5 

 6     public ThreadTest2(int threadNo, String lock) {

 7         this.threadNo = threadNo;

 8         this.lock = lock;

 9     }

10 

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

12         String lock = new String("lock");

13         for (int i = 1; i < 10; i++) {

14             new ThreadTest2(i, lock).start();

15             Thread.sleep(1);

16         }

17     }

18 

19     public void run() {

20         synchronized (lock) {

21             for (int i = 1; i < 10000; i++) {

22                 System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);

23             }

24         }

25     }

26 }



我們注意到,該程序通過在main方法啟動10個線程之前,創建了一個String類型的對象。并通過ThreadTest2的構造函數,將這個對象賦值給每一個ThreadTest2線程對象中的私有變量lock。根據Java方法的傳值特點,我們知道,這些線程的lock變量實際上指向的是堆內存中的同一個區域,即存放main函數中的lock變量的區域。

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程序將原來run方法前的synchronized關鍵字去掉,換用了run方法中的一個synchronized塊來實現。這個同步塊的對象鎖,就是main方法中創建的那個String對象。換句話說,他們指向的是同一個String類型的對象,對象鎖是共享且唯一的!

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于是,我們看到了預期的效果:10個線程不再是爭先恐后的報數了,而是一個接一個的報數。

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再來看下面的例程:



 1 public class ThreadTest3 extends Thread {

 2 

 3     private int threadNo;

 4     private String lock;

 5 

 6     public ThreadTest3(int threadNo) {

 7         this.threadNo = threadNo;

 8     }

 9 

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

11         //String lock = new String("lock");

12         for (int i = 1; i < 20; i++) {

13             new ThreadTest3(i).start();

14             Thread.sleep(1);

15         }

16     }

17 

18     public static synchronized void abc(int threadNo) {

19         for (int i = 1; i < 10000; i++) {

20            

21                 System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);

22                

23            

24                

25            

26         }

27     }

28 

29     public void run() {

30         abc(threadNo);

31     }

32 }



細心的讀者發現了:這段代碼沒有使用main方法中創建的String對象作為這10個線程的線程鎖。而是通過在run方法中調用本線程中一個靜態的同步方法abc而實現了線程的同步。我想看到這里,你們應該很困惑:這里synchronized靜態方法是用什么來做對象鎖的呢?

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我們知道,對于同步靜態方法,對象鎖就是該靜態方法所在的類的Class實例,由于在JVM中,所有被加載的類都有唯一的類對象,具體到本例,就是唯一的ThreadTest3.class對象。不管我們創建了該類的多少實例,但是它的類實例仍然是一個!

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這樣我們就知道了:



1、對于同步的方法或者代碼塊來說,必須獲得對象鎖才能夠進入同步方法或者代碼塊進行操作;

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2、如果采用method級別的同步,則對象鎖即為method所在的對象,如果是靜態方法,對象鎖即指method所在的
Class對象(唯一);

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3、對于代碼塊,對象鎖即指synchronized(abc)中的abc;


4、因為第一種情況,對象鎖即為每一個線程對象,因此有多個,所以同步失效,第二種共用同一個對象鎖lock,因此同步生效,第三個因為是
static因此對象鎖為ThreadTest3的class 對象,因此同步生效。

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如上述正確,則同步有兩種方式,同步塊和同步方法(為什么沒有wait和notify?這個我會在補充章節中做出闡述)

如果是同步代碼塊,則對象鎖需要編程人員自己指定,一般有些代碼為synchronized(this)只有在單態模式才生效;
(本類的實例有且只有一個)

如果是同步方法,則分靜態和非靜態兩種


靜態方法則一定會同步,非靜態方法需在單例模式才生效,推薦用靜態方法(不用擔心是否單例)。

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所以說,在Java多線程編程中,最常見的synchronized關鍵字實際上是依靠對象鎖的機制來實現線程同步的。
我們似乎可以聽到synchronized在向我們說:“給我一把鎖,我能創造一個規矩”。

下一篇中,我們將看到JDK 5提供的新的同步機制,也就是大名鼎鼎的Doug Lee提供的Java Concurrency框架。