Java 多线程同步 synchronized 详解

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步骤1:演示同步问题
步骤2:分析同步问题产生的原因
步骤3:解决思路
步骤4:synchronized 同步对象概念
步骤5:使用synchronized 解决同步问题
步骤6:使用hero对象作为同步对象
步骤7:在方法前，加上修饰符synchronized
步骤8:线程安全的类

步骤 1 : 演示同步问题
假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄***
就是有多个线程在减少盖伦的hp
同时又有多个线程在恢复盖伦的hp
假设线程的数量是一样的，并且每次改变的值都是1，那么所有线程结束后，盖伦应该还是10000滴血。
但是。。。

注意： 不是每一次运行都会看到错误的数据产生，多运行几次，或者增加运行的次数

package charactor;
  public class Hero{public String name;public float hp; public int damage; //回血public void recover(){hp=hp+1;} //掉血public void hurt(){hp=hp-1;} public void attackHero(Hero h) {h.hp-=damage;System.out.format("%s 正在*** %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);if(h.isDead())System.out.println(h.name +"死了！");}
  public boolean isDead() {return 0>=hp?true:false;}
  }package multiplethread;import charactor.Hero;public class TestThread {public static void main(String[] args) {final Hero gareen = new Hero();gareen.name = "盖伦";gareen.hp = 10000;   
        System.out.printf("盖伦的初始血量是 %.0f%n", gareen.hp);   //多线程同步问题指的是多个线程同时修改一个数据的时候，导致的问题   //假设盖伦有10000滴血，并且在基地里，同时又被对方多个英雄***   //用JAVA代码来表示，就是有多个线程在减少盖伦的hp//同时又有多个线程在恢复盖伦的hp   //n个线程增加盖伦的hp   int n = 10000;
   
        Thread[] addThreads = new Thread[n];Thread[] reduceThreads = new Thread[n];   for (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){gareen.recover();try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();addThreads[i] = t;   }   //n个线程减少盖伦的hpfor (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){gareen.hurt();try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();reduceThreads[i] = t;}   //等待所有增加线程结束for (Thread t : addThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}//等待所有减少线程结束for (Thread t : reduceThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}   //代码执行到这里，所有增加和减少线程都结束了   //增加和减少线程的数量是一样的，每次都增加，减少1.//那么所有线程都结束后，盖伦的hp应该还是初始值   //但是事实上观察到的是：   
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量变成了 %.0f%n", n,n,gareen.hp);   }}

步骤 2 : 分析同步问题产生的原因

1. 假设增加线程先进入，得到的hp是10000
2. 进行增加运算
3. 正在做增加运算的时候，还没有来得及修改hp的值，减少线程来了
4. 减少线程得到的hp的值也是10000
5. 减少线程进行减少运算
6. 增加线程运算结束，得到值10001，并把这个值赋予hp
7. 减少线程也运算结束，得到值9999，并把这个值赋予hp
   hp，最后的值就是9999
   虽然经历了两个线程各自增减了一次，本来期望还是原值10000，但是却得到了一个9999
   这个时候的值9999是一个错误的值，在业务上又叫做脏数据

步骤 3 : 解决思路
总体解决思路是： 在增加线程访问hp期间，其他线程不可以访问hp

1. 增加线程获取到hp的值，并进行运算
2. 在运算期间，减少线程试图来获取hp的值，但是不被允许
3. 增加线程运算结束，并成功修改hp的值为10001
4. 减少线程，在增加线程做完后，才能访问hp的值，即10001
5. 减少线程运算，并得到新的值10000

步骤 4 : synchronized 同步对象概念
解决上述问题之前，先理解
synchronized关键字的意义
如下代码：

Object someObject =new Object();synchronized (someObject){
  //此处的代码只有占有了someObject后才可以执行}

synchronized表示当前线程，独占 对象 someObject
当前线程独占 了对象someObject，如果有其他线程试图占有对象someObject，就会等待，直到当前线程释放对someObject的占用。
someObject 又叫同步对象，所有的对象，都可以作为同步对象
为了达到同步的效果，必须使用同一个同步对象

释放同步对象的方式： synchronized 块自然结束，或者有异常抛出

package multiplethread;
  import java.text.SimpleDateFormat;import java.util.Date;
   public class TestThread { public static String now(){return new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date());} public static void main(String[] args) {final Object someObject = new Object();  
        Thread t1 = new Thread(){public void run(){try {System.out.println( now()+" t1 线程已经运行");System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");synchronized (someObject) {  
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象：someObject");Thread.sleep(5000);System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");}System.out.println(now()+" t1 线程结束");} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t1.setName(" t1");t1.start();Thread t2 = new Thread(){
  public void run(){try {System.out.println( now()+" t2 线程已经运行");System.out.println( now()+this.getName()+ " 试图占有对象：someObject");synchronized (someObject) {System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有对象：someObject");Thread.sleep(5000);System.out.println( now()+this.getName()+ " 释放对象：someObject");}System.out.println(now()+" t2 线程结束");} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t2.setName(" t2");t2.start();}   }

步骤 5 : 使用synchronized 解决同步问题
所有需要修改hp的地方，有要建立在占有someObject的基础上。
而对象 someObject在同一时间，只能被一个线程占有。 间接地，导致同一时间，hp只能被一个线程修改。

package multiplethread;
   import java.awt.GradientPaint;
 import charactor.Hero;
   public class TestThread {
   public static void main(String[] args) {
 final Object someObject = new Object(); final Hero gareen = new Hero();gareen.name = "盖伦";gareen.hp = 10000;  int n = 10000;
  
        Thread[] addThreads = new Thread[n];Thread[] reduceThreads = new Thread[n];  for (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){ //任何线程要修改hp的值，必须先占用someObjectsynchronized (someObject) {gareen.recover();} try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();addThreads[i] = t;  }  for (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){//任何线程要修改hp的值，必须先占用someObjectsynchronized (someObject) {gareen.hurt();} try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();reduceThreads[i] = t;}  for (Thread t : addThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}for (Thread t : reduceThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}  
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);  }   }

步骤 6 : 使用hero对象作为同步对象
既然任意对象都可以用来作为同步对象，而所有的线程访问的都是同一个hero对象，索性就使用gareen来作为同步对象
进一步的，对于Hero的hurt方法，加上：
synchronized (this) {
}
表示当前对象为同步对象，即也是gareen为同步对象
TestThread.java
Hero.java

package multiplethread;
   import java.awt.GradientPaint;
 import charactor.Hero;
   public class TestThread {
   public static void main(String[] args) {
 final Hero gareen = new Hero();gareen.name = "盖伦";gareen.hp = 10000;  int n = 10000;
  
        Thread[] addThreads = new Thread[n];Thread[] reduceThreads = new Thread[n];  for (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){ //使用gareen作为synchronizedsynchronized (gareen) {gareen.recover();} try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();addThreads[i] = t;  }  for (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){//使用gareen作为synchronized//在方法hurt中有synchronized(this)gareen.hurt(); try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();reduceThreads[i] = t;}  for (Thread t : addThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}for (Thread t : reduceThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}  
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);  }   }

package charactor;
  public class Hero{public String name;public float hp; public int damage; //回血public void recover(){hp=hp+1;} //掉血public void hurt(){//使用this作为同步对象synchronized (this) {hp=hp-1;   }} public void attackHero(Hero h) {h.hp-=damage;System.out.format("%s 正在*** %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);if(h.isDead())System.out.println(h.name +"死了！");}
  public boolean isDead() {return 0>=hp?true:false;}
  }

步骤 7 : 在方法前，加上修饰符synchronized
在recover前，直接加上synchronized ，其所对应的同步对象，就是this
和hurt方法达到的效果是一样
外部线程访问gareen的方法，就不需要额外使用synchronized 了
Hero.java
TestThread.java

package charactor;
  public class Hero{public String name;public float hp; public int damage; //回血//直接在方法前加上修饰符synchronized//其所对应的同步对象，就是this//和hurt方法达到的效果一样public synchronized void recover(){hp=hp+1;} //掉血public void hurt(){//使用this作为同步对象synchronized (this) {hp=hp-1;   }} public void attackHero(Hero h) {h.hp-=damage;System.out.format("%s 正在*** %s, %s的血变成了 %.0f%n",name,h.name,h.name,h.hp);if(h.isDead())System.out.println(h.name +"死了！");}
  public boolean isDead() {return 0>=hp?true:false;}
  }package multiplethread;
   import java.awt.GradientPaint;
 import charactor.Hero;
   public class TestThread {
   public static void main(String[] args) {
 final Hero gareen = new Hero();gareen.name = "盖伦";gareen.hp = 10000;  int n = 10000;
  
        Thread[] addThreads = new Thread[n];Thread[] reduceThreads = new Thread[n];  for (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){ //recover自带synchronizedgareen.recover(); try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();addThreads[i] = t;  }  for (int i = 0; i < n; i++) {Thread t = new Thread(){public void run(){//hurt自带synchronizedgareen.hurt(); try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}};t.start();reduceThreads[i] = t;}  for (Thread t : addThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}for (Thread t : reduceThreads) {try {t.join();} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}  
        System.out.printf("%d个增加线程和%d个减少线程结束后%n盖伦的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);  }   }

步骤 8 : 线程安全的类
如果一个类，其方法都是有synchronized修饰的，那么该类就叫做线程安全的类

同一时间，只有一个线程能够进入 这种类的一个实例 的去修改数据，进而保证了这个实例中的数据的安全(不会同时被多线程修改而变成脏数据)

比如StringBuffer和StringBuilder的区别
StringBuffer的方法都是有synchronized修饰的，StringBuffer就叫做线程安全的类
而StringBuilder就不是线程安全的类

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