简介
本文将介绍 7 种同步方法的访问场景，我们来看看这八种情况下，多线程访问同步方法是否还是线程安全的。这些场景是多线程编程中经常遇到的，而且也是面试时高频被问到的问题，所以不管是理论还是实践，这些都是多线程场景必须要掌握的场景。
场景一：两个线程同时访问同一个对象的同步方法
分析：这种情况是经典的对象锁中的方法锁，两个线程争夺同一个对象锁，所以会相互等待，是线程安全的。
代码实现
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:27 * @description：两个线程同时访问同一个对象的同步方法 */
public class Condition1 implements Runnable {
private static Condition1 instance = new Condition1();
@Override public void run() { method(); }
//关键：synchronized可以保证此方法被顺序执行，线程1执行完4秒钟后，线程2再执行4秒。不加synchronized，线程1和线程2将同时执行 private synchronized void method() { System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始"); try { //模拟执行一段操作，耗时4秒钟 Thread.sleep(4000); System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行结束"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
public static void main(String[] args) { // 模拟：同一个对象下，两个线程，同步执行一个方法（串行执行则为线程安全，并行执行，则为线程不安全，） Thread thread1 = new Thread(instance); Thread thread2 = new Thread(instance); thread1.start(); thread2.start(); while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
} System.out.println("测试结束"); }}
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运行结果
结果分析
发现运行结果中，多个线程也是串行执行的，效果跟同步代码块锁是一致的。
场景二：两个线程同时访问两个对象的同步方法
这种场景就是对象锁失效的场景，原因出在访问的是两个对象的同步方法，那么这两个线程分别持有的两个线程的锁，所以是互相不会受限的。加锁的目的是为了让多个线程竞争同一把锁，而这种情况多个线程之间不再竞争同一把锁，而是分别持有一把锁
代码验证：
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:10 * @description：两个线程同时访问两个对象的同步方法 */
public class Condition2 implements Runnable { // 创建两个不同的对象 static Condition2 instance1 = new Condition2(); static Condition2 instance2 = new Condition2();
@Override public void run() { method(); }
private synchronized void method() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行结束"); }
public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(instance1); Thread thread2 = new Thread(instance2); thread1.start(); thread2.start(); while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) { } System.out.println("测试结束"); }}
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运行结果：
两个线程是并行执行的，所以线程不安全。
代码分析：
「问题在此：」两个线程（thread1、thread2），访问两个对象（instance1、instance2）的同步方法（method()）,两个线程都有各自的锁，不能形成两个线程竞争一把锁的局势，所以这时，synchronized 修饰的方法 method()和不用 synchronized 修饰的效果一样（不信去把 synchronized 关键字去掉，运行结果一样），所以此时的 method()只是个普通方法。
「如何解决这个问题：」若要使锁生效，只需将 method()方法用 static 修饰，这样就形成了类锁，多个实例（instance1、instance2）共同竞争一把类锁，就可以使两个线程串行执行了。
场景三：两个线程同时访问（一个或两个）对象的静态同步方法
这个场景解决的是场景二中出现的线程不安全问题，即用类锁实现
代码实现
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:32 * @description：静态方法锁的方式实现类锁 */
public class Condition3 implements Runnable {
// 这两个实例，声明为static，是因为要在main方法中测试，与方法锁无关 static Condition3 instance1 = new Condition3(); static Condition3 instance2 = new Condition3();
// 关键： static synchronized两个关键字同时使用 private static synchronized void method() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行结束"); }
@Override public void run() { method(); }
public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(instance1); Thread thread2 = new Thread(instance2); thread1.start(); thread2.start(); try { //两个线程必须都执行完毕后 thread1.join(); thread2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("两个线程都已经执行完毕"); }}
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结果展示
场景四：两个线程分别同时访问（一个或两个）对象的同步方法和非同步方法
这个场景是两个线程其中一个访问同步方法，另一个访问非同步方法，此时程序会不会串行执行呢，也就是说是不是线程安全的呢？我们可以确定是线程不安全的，如果方法不加 synchronized 都是安全的，那就不需要同步方法了。
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:12 * @description：两个线程同时访问（一个或两个）对象的静态同步方法 */
public class Condition4 implements Runnable {
static Condition4 instance = new Condition4();
@Override public void run() { //两个线程访问同步方法和非同步方法 if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) { //线程0,执行同步方法method0() method0(); } if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) { //线程1,执行非同步方法method1() method1(); } }
// 同步方法 private synchronized void method0() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行结束"); }
// 普通方法 private void method1() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行结束"); }
public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(instance); Thread thread2 = new Thread(instance); thread1.start(); thread2.start(); while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) { } System.out.println("测试结束"); }
}
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运行结果：
两个线程是并行执行的，所以是线程不安全的。
结果分析
「问题在于此：」 method1 没有被 synchronized 修饰，所以不会受到锁的影响。即便是在同一个对象中，当然在多个实例中，更不会被锁影响了。
场景五：两个线程访问同一个对象中的同步方法，同步方法又调用一个非同步方法
我们来实验下这个场景，用两个线程调用同步方法，在同步方法中调用普通方法；再用一个线程直接调用普通方法，看看是否是线程安全的？
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:14 * @description：两个线程访问同一个对象中的同步方法，同步方法又调用一个非同步方法 */
public class Condition5 implements Runnable {
static Condition5 instance = new Condition5();
@Override public void run() { if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) { //直接调用普通方法 method2(); } else { // 先调用同步方法，在同步方法内调用普通方法 method1(); } }
// 同步方法 private static synchronized void method1() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行开始"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行结束,开始调用普通方法"); method2(); }
// 普通方法 private static void method2() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行结束"); }
public static void main(String[] args) { // 此线程直接调用普通方法 Thread thread0 = new Thread(instance); // 这两个线程直接调用同步方法 Thread thread1 = new Thread(instance); Thread thread2 = new Thread(instance); thread0.start(); thread1.start(); thread2.start(); while (thread0.isAlive() || thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) { } System.out.println("测试结束"); }
}
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运行结果：
结果分析：
我们可以看出，普通方法被两个线程并行执行，不是线程安全的。这是为什么呢？
因为如果非同步方法，有任何其他线程直接调用，而不是仅在调用同步方法时，才调用非同步方法，此时会出现多个线程并行执行非同步方法的情况，线程就不安全了。
对于同步方法中调用非同步方法时，要想保证线程安全，就必须保证非同步方法的入口，仅出现在同步方法中。但这种控制方式不够优雅，若被不明情况的人直接调用非同步方法，就会导致原有的线程同步不再安全。所以不推荐大家在项目中这样使用，但我们要理解这种情况，并且我们要用语义明确的、让人一看就知道这是同步方法的方式，来处理线程安全的问题。
所以，最简单的方式，是在非同步方法上，也加上 synchronized 关键字，使其变成一个同步方法，这样就变成了《场景五：两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法》，这种场景下，大家就很清楚的看到，同一个对象中的两个同步方法，不管哪个线程调用，都是线程安全的了。
场景六：两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法
这个场景也是在探讨对象锁的作用范围，对象锁的作用范围是对象中的所有同步方法。所以，当访问同一个对象中的多个同步方法时，结论是：
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:16 * @description：两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法 */
public class Condition6 implements Runnable { static Condition6 instance = new Condition6();
@Override public void run() { if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) { //线程0,执行同步方法method0() method0(); } if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) { //线程1,执行同步方法method1() method1(); } }
private synchronized void method0() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法0，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法0，运行结束"); }
private synchronized void method1() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法1，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法1，运行结束"); }
//运行结果:串行 public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(instance); Thread thread2 = new Thread(instance); thread1.start(); thread2.start(); while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) { } System.out.println("测试结束"); }}
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运行结果：
结果分析：
两个方法（method0()和 method1()）的 synchronized 修饰符，虽没有指定锁对象，但默认锁对象为 this 对象为锁对象， 所以对于同一个实例（instance），两个线程拿到的锁是同一把锁，此时同步方法会串行执行。这也是 synchronized 关键字的可重入性的一种体现。
场景七：两个线程分别同时访问静态 synchronized 和非静态 synchronized 方法
这种场景的本质也是在探讨两个线程获取的是不是同一把锁的问题。静态 synchronized 方法属于类锁，锁对象是（*.class）对象，非静态 synchronized 方法属于对象锁中的方法锁，锁对象是 this 对象。两个线程拿到的是不同的锁，自然不会相互影响。
代码实现：
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:20 * @description：两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法 */
public class Condition7 implements Runnable { static Condition7 instance = new Condition7();
@Override public void run() { if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) { //线程0,执行静态同步方法method0() method0(); } if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) { //线程1,执行非静态同步方法method1() method1(); } }
// 重点：用static synchronized 修饰的方法，属于类锁，锁对象为（*.class）对象。 private static synchronized void method0() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，静态同步方法0，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，静态同步方法0，运行结束"); }
// 重点：synchronized 修饰的方法，属于方法锁，锁对象为（this）对象。 private synchronized void method1() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，非静态同步方法1，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，非静态同步方法1，运行结束"); }
//运行结果:并行 public static void main(String[] args) { //问题原因： 线程1的锁是类锁（*.class）对象，线程2的锁是方法锁（this）对象,两个线程的锁不一样，自然不会互相影响，所以会并行执行。 Thread thread1 = new Thread(instance); Thread thread2 = new Thread(instance); thread1.start(); thread2.start(); while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) { } System.out.println("测试结束"); }}
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运行结果：
场景八：同步方法抛出异常后，JVM 会自动释放锁的情况
本场景探讨的是 synchronized 释放锁的场景：
所以，在一个线程的同步方法中出现异常的时候，会释放锁，另一个线程得到锁，继续执行。而不会出现一个线程抛出异常后，另一个线程一直等待获取锁的情况。这是因为 JVM 在同步方法抛出异常的时候，会自动释放锁对象。
代码实现：
package com.syn;
/** * @author ：biws * @date ：Created in 2020/12/21 22:22 * @description：同步方法抛出异常后，JVM会自动释放锁的情况 */
public class Condition8 implements Runnable {
private static Condition8 instance = new Condition8();
@Override public void run() { if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) { //线程0,执行抛异常方法method0() method0(); } if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) { //线程1,执行正常方法method1() method1(); } }
private synchronized void method0() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //同步方法中，当抛出异常时，JVM会自动释放锁，不需要手动释放，其他线程即可获取到该锁 System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，抛出异常，释放锁"); throw new RuntimeException();
}
private synchronized void method1() { System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始"); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行结束"); }
public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(instance); Thread thread2 = new Thread(instance); thread1.start(); thread2.start(); while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) { } System.out.println("测试结束"); }
}
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运行结果：
结果分析：
可以看出线程还是串行执行的，说明是线程安全的。而且出现异常后，不会造成死锁现象，JVM 会自动释放出现异常线程的锁对象，其他线程获取锁继续执行。
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