Java自學-多線程 同步synchronized

来源:https://www.cnblogs.com/jeddzd/archive/2020/02/27/12374699.html
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Java 多線程同步 synchronized 多線程的同步問題指的是多個線程同時修改一個數據的時候，可能導致的問題 多線程的問題，又叫 Concurrency 問題 步驟 1 : 演示同步問題 假設蓋倫有10000滴血，並且在基地里，同時又被對方多個英雄攻擊 就是有 多個線程在減少蓋倫的hp 同時 ...


Java 多線程同步 synchronized

多線程的同步問題指的是多個線程同時修改一個數據的時候，可能導致的問題

多線程的問題，又叫Concurrency 問題

步驟 1 : 演示同步問題

假設蓋倫有10000滴血，並且在基地里，同時又被對方多個英雄攻擊
就是有多個線程在減少蓋倫的hp
同時又有多個線程在恢覆蓋倫的hp
假設線程的數量是一樣的，並且每次改變的值都是1，那麼所有線程結束後，蓋倫應該還是10000滴血。
但是。。。

註意： 不是每一次運行都會看到錯誤的數據產生，多運行幾次，或者增加運行的次數

演示同步問題

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 正在攻擊 %s, %s的血變成了 %.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 = "蓋倫";
        gareen.hp = 10000;
           
        System.out.printf("蓋倫的初始血量是 %.0f%n", gareen.hp);
           
        //多線程同步問題指的是多個線程同時修改一個數據的時候，導致的問題
           
        //假設蓋倫有10000滴血，並且在基地里，同時又被對方多個英雄攻擊
           
        //用JAVA代碼來表示，就是有多個線程在減少蓋倫的hp
        //同時又有多個線程在恢覆蓋倫的hp
           
        //n個線程增加蓋倫的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 block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
               
        }
           
        //n個線程減少蓋倫的hp
        for (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 block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }
           
        //等待所有增加線程結束
        for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //等待所有減少線程結束
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
           
        //代碼執行到這裡，所有增加和減少線程都結束了
           
        //增加和減少線程的數量是一樣的，每次都增加，減少1.
        //那麼所有線程都結束後，蓋倫的hp應該還是初始值
           
        //但是事實上觀察到的是：
                   
        System.out.printf("%d個增加線程和%d個減少線程結束後%n蓋倫的血量變成了 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
           
    }
        
}

步驟 2 : 分析同步問題產生的原因

  1. 假設增加線程先進入，得到的hp是10000
  2. 進行增加運算
  3. 正在做增加運算的時候，還沒有來得及修改hp的值，減少線程來了
  4. 減少線程得到的hp的值也是10000
  5. 減少線程進行減少運算
  6. 增加線程運算結束，得到值10001，並把這個值賦予hp
  7. 減少線程也運算結束，得到值9999，並把這個值賦予hp
    hp，最後的值就是9999
    雖然經歷了兩個線程各自增減了一次，本來期望還是原值10000，但是卻得到了一個9999
    這個時候的值9999是一個錯誤的值，在業務上又叫做臟數據

分析同步問題產生的原因
步驟 3 : 解決思路

總體解決思路是： 在增加線程訪問hp期間，其他線程不可以訪問hp

  1. 增加線程獲取到hp的值，併進行運算
  2. 在運算期間，減少線程試圖來獲取hp的值，但是不被允許
  3. 增加線程運算結束，併成功修改hp的值為10001
  4. 減少線程，在增加線程做完後，才能訪問hp的值，即10001
  5. 減少線程運算，並得到新的值10000

解決思路
步驟 4 : synchronized 同步對象概念

解決上述問題之前，先理解
synchronized關鍵字的意義
如下代碼：

Object someObject =new Object();
synchronized (someObject){
  //此處的代碼只有占有了someObject後才可以執行
}

synchronized表示當前線程，獨占 對象 someObject
當前線程獨占 了對象someObject，如果有其他線程試圖占有對象someObject，就會等待，直到當前線程釋放對someObject的占用。
someObject 又叫同步對象，所有的對象，都可以作為同步對象
為了達到同步的效果，必須使用同一個同步對象

釋放同步對象的方式： synchronized 塊自然結束，或者有異常拋出

synchronized 同步對象概念

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 線程已經運行");
                    System.out.println( now()+this.getName()+ " 試圖占有對象：someObject");
                    synchronized (someObject) {
                          
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有對象：someObject");
                        Thread.sleep(5000);
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 釋放對象：someObject");
                    }
                    System.out.println(now()+" t1 線程結束");
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t1.setName(" t1");
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(){
  
            public void run(){
                try {
                    System.out.println( now()+" t2 線程已經運行");
                    System.out.println( now()+this.getName()+ " 試圖占有對象：someObject");
                    synchronized (someObject) {
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 占有對象：someObject");
                        Thread.sleep(5000);
                        System.out.println( now()+this.getName()+ " 釋放對象：someObject");
                    }
                    System.out.println(now()+" t2 線程結束");
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        t2.setName(" t2");
        t2.start();
    }
       
}

步驟 5 : 使用synchronized 解決同步問題

所有需要修改hp的地方，有要建立在占有someObject的基礎上。
而對象 someObject在同一時間，只能被一個線程占有。 間接地，導致同一時間，hp只能被一個線程修改。

使用synchronized 解決同步問題

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 = "蓋倫";
        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(){
                     
                    //任何線程要修改hp的值，必須先占用someObject
                    synchronized (someObject) {
                        gareen.recover();
                    }
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
              
        }
          
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    //任何線程要修改hp的值，必須先占用someObject
                    synchronized (someObject) {
                        gareen.hurt();
                    }
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }
          
        for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
          
        System.out.printf("%d個增加線程和%d個減少線程結束後%n蓋倫的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
          
    }
       
}

步驟 6 : 使用hero對象作為同步對象

既然任意對象都可以用來作為同步對象，而所有的線程訪問的都是同一個hero對象，索性就使用gareen來作為同步對象
進一步的，對於Hero的hurt方法，加上：

synchronized (this) {
}

表示當前對象為同步對象，即也是gareen為同步對象

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 = "蓋倫";
        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作為synchronized
                    synchronized (gareen) {
                        gareen.recover();
                    }
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
              
        }
          
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    //使用gareen作為synchronized
                    //在方法hurt中有synchronized(this)
                    gareen.hurt();
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }
          
        for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
          
        System.out.printf("%d個增加線程和%d個減少線程結束後%n蓋倫的血量是 %.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作為同步對象
        synchronized (this) {
            hp=hp-1;   
        }
    }
     
    public void attackHero(Hero h) {
        h.hp-=damage;
        System.out.format("%s 正在攻擊 %s, %s的血變成了 %.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;
    }
  
}

步驟 7 : 在方法前，加上修飾符synchronized

在recover前，直接加上synchronized ，其所對應的同步對象，就是this
和hurt方法達到的效果是一樣
外部線程訪問gareen的方法，就不需要額外使用synchronized 了

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飾符synchronized
    //其所對應的同步對象，就是this
    //和hurt方法達到的效果一樣
    public synchronized void recover(){
        hp=hp+1;
    }
     
    //掉血
    public void hurt(){
        //使用this作為同步對象
        synchronized (this) {
            hp=hp-1;   
        }
    }
     
    public void attackHero(Hero h) {
        h.hp-=damage;
        System.out.format("%s 正在攻擊 %s, %s的血變成了 %.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 = "蓋倫";
        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自帶synchronized
                    gareen.recover();
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            addThreads[i] = t;
              
        }
          
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                public void run(){
                    //hurt自帶synchronized
                    gareen.hurt();
                     
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            t.start();
            reduceThreads[i] = t;
        }
          
        for (Thread t : addThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        for (Thread t : reduceThreads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
          
        System.out.printf("%d個增加線程和%d個減少線程結束後%n蓋倫的血量是 %.0f%n", n,n,gareen.hp);
          
    }
       
}

步驟 8 : 線程安全的類

如果一個類，其方法都是有synchronized修飾的，那麼該類就叫做線程安全的類

同一時間，只有一個線程能夠進入 這種類的一個實例 的去修改數據，進而保證了這個實例中的數據的安全(不會同時被多線程修改而變成臟數據)

比如StringBuffer和StringBuilder的區別
StringBuffer的方法都是有synchronized修飾的，StringBuffer就叫做線程安全的類
而StringBuilder就不是線程安全的類

線程安全的類


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