并发王者课 - 青铜 4:synchronized 用法初体验
在前面的文章《双刃剑-理解多线程带来的安全问题》中,我们提到了多线程情况下存在的线程安全问题。本文将以这个问题为背景,介绍如何通过使用synchronized
关键字解这一问题。当然,在青铜阶段,我们仍不会过多地描述其背后的原理,重点还是先体验并理解它的用法。
一、从场景中体验 synchronized
是谁击败了主宰
在峡谷中,击败主宰可以获得高额的经济收益。因此,在条件允许的情况下,大家都会争相击败主宰。于是,哪吒和敌方的兰陵王开始争夺主宰。按规矩,谁是击败主宰的最后一击,谁便是胜利的一方。
假设主宰的初始血量是 100,我们通过代码来模拟下:
我们定义了哪吒和兰陵王两个线程,让他们同时攻击主宰:
下面是运行的结果:
两人竟然都获得了主宰!很显然,我们不可能接受这样的结果。然而,细看代码,你会发现这个神奇的结果其实一点也不意外,两个线程在对blood
做并发减法时出了错误,因为代码中压根没有必要的并发安全控制。
当然,解决办法也比较简单,在decreaseBlood
方法上添加synchronized
关键字即可:
为什么加上synchronized
关键字就可以了呢?这就需要往下看了解 Java 中的锁和同步了。
二、认识 synchronized
1. 理解 Java 对象中的锁
在理解synchronized
之前,我们先简单理解下锁的概念。在 Java 中,每个对象都会有一把锁。当多个线程都需要访问对象时,那么就需要通过获得锁来获得许可,只有获得锁的线程才能访问对象,并且其他线程将进入等待状态,等待其他线程释放锁。如下图所示:
2. 理解 synchronized 关键字
根据 Sun官文文档的描述,synchronized
关键字提供了一种预防线程干扰和内存一致性错误的简单策略,即如果一个对象对多个线程可见,那么该对象变量(final
修饰的除外)的读写都需要通过synchronized
来完成。
你可能已经注意到其中的两个关键名词:
线程干扰(Thread Interference):不同线程中运行但作用于相同数据的两个操作交错时,就会发生干扰。这意味着这两个操作由多个步骤组成,并且步骤顺序重叠;
内存一致性错误(Memory Consistency Errors):当不同的线程对应为相同数据的视图不一致时,将发生内存一致性错误。内存一致性错误的原因很复杂,幸运的是,我们不需要详细了解这些原因,所需要的只是避免它们的策略。
从竞态的角度讲,线程干扰对应的是 Read-modify-write,而内存一致性错误对应的则是 Check-then-act。
结合锁和 synchronized 的概念可以理解为,锁是多线程安全的基础机制,而 synchronized 是锁机制的一种实现。
三、synchronized 的四种用法
1. 在实例方法中使用 synchronized
注意这段代码中的synchronized
字段,它表示当前方法每次能且仅能有一个线程访问。另外,由于当前方法是实例方法,所以如果该对象存在多个实例的话,不同的实例可以由不同的线程访问,它们之间并无协作关系。
然而,你可能已经想到了,如果当前线程中有两个synchronized
方法,不同的线程是否可以访问不同的synchronized
方法呢?
答案是:不能。
这是因为每个实例内的同步方法,能且仅能有一个线程访问。
2. 在静态方法中使用 synchronized
与实例方法的synchronized
不同,静态方法的synchronized
是基于当前方法所属的类,即Master.class
,而每个类在虚拟机上有且只有一个类对象。所以,对于同一类而言,每次有且只能有一个线程能访问静态synchronized
方法。
当类中包含有多个静态的synchronized
方法时,每次也仍然有且只能有一个线程可以访问其中的方法。
注意: 从synchronized
在实例方法和静态方法中的应用可以看出,synchronized
方法是否能允许其他线程的进入,取决于synchronized
的参数。每个不同的参数,在同一时刻都只允许一个线程访问。基于这样的认知,下面的两种用法就很容易理解了。
3. 在实例方法的代码块中使用 synchronized
在某些情况下,你不需要在整个方法层面使用synchronized
,毕竟这样的方式粒度较大,容易产生阻塞。此时,在代码块中使用synchronized
就是非常不错的选择,如上面代码所示。
刚才已经提到,synchronized
的并发限制取决于其参数,在上面这段代码中的参数是this
,即当前类的实例对象。而在前面的public synchronized int decreaseBlood()
中,synchronized
的参数也是当前类的实例对象。因此,下面这两段代码是等同的:
4. 在静态方法的代码块中使用 synchronized
同理,下面这两个方法的效果也是等同的。
四、synchronized 小结
前面,我们已经介绍了synchronized
的几种常见用法,不必死记硬背,你只要记住synchronized
可以接受任何非 null 对象作为参数,而每个参数在同一时刻能且只能允许一个线程访问即可。此外,还有一些具有实际指导意义的 Tips 你可以注意下:
Java 中的
synchronized
关键字用于解决多线程访问共享资源时的同步,以解决线程干扰和内存一致性问题;你可以通过 代码块(code block) 或者 方法(method) 来使用
synchronized
关键字;synchronized
的原理基于对象中的锁,当线程需要进入synchronized
修饰的方法或代码块时,它需要先获得锁并在执行结束后释放它;当线程进入非静态(non-static)同步方法时,它获得的是对象实例(Object level)的锁。而线程进入静态同步方法时,它所获得的是类实例(Class level)的锁,两者没有必然关系;
如果
synchronized
中使用的对象是 null,将会抛出NullPointerException
错误;synchronized
对方法的性能有一定影响,因为线程要等待获取锁;使用
synchronized
时尽量使用代码块,而不是整个方法,以免阻塞整个方法;尽量不要使用 String 类型和原始类型作为参数。这是因为,JVM 在处理字符串、原始类型时会对它们进行优化。比如,你原本是想对不同的字符串进行加锁,然而 JVM 认为它们是同一个,很显然这不是你想要的结果。
关于synchronized
的可见性、指令排序等底层原理,我们会在后面的阶段中详细介绍。
以上就是文本的全部内容,恭喜你又上了一颗星!✨
夫子的试炼
手写代码体验
synchronized
的不同用法。
参考资料
https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/syncmeth.html
https://javagoal.com/synchronization-in-java/
关于作者
关注公众号【庸人技术笑谈】,获取及时文章更新。记录平凡人的技术故事,分享有品质(尽量)的技术文章,偶尔也聊聊生活和理想。不贩卖焦虑,不兜售课程。
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【秦二爷】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/2bdd3fc03ed4cef6863691b1a】。文章转载请联系作者。
评论