Java之线程同步、synchronized用法及原理

线程的同步

场景1：两个线程同时访问一个变量，一个线程自增，一个线程自减

public class thread11 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread1 = new AddThread();Thread thread2 = new DecThread();// 启动线程thread1.start();thread2.start();// 线程插队thread1.join();thread2.join();System.out.println(Counter.count);}
}class Counter {public static int count = 0;
}class AddThread extends Thread {public void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {Counter.count = Counter.count + 1;}}
}class DecThread extends Thread {public void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {Counter.count = Counter.count - 1;}}
}

自增线程和自减线程都执行了一万次，结果本应该为0（不变），但是因为线程不安全，结果并不是0；原因如下：

在这里插入图片描述

线程一和线程二并发执行，线程一执行一次数字本应变为101，此时线程二执行，但在线程一的ILOAD和IADD之间读取到变量值为100，造成了不同步的问题；保证此过程的原子性，即可解决该问题，如下：

在这里插入图片描述

每次线程执行之前加锁，线程执行之后释放锁；线程一拿到锁，线程二想要执行就必须要等线程一释放锁

public class thread11 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread1 = new AddThread();Thread thread2 = new DecThread();// 启动线程thread1.start();thread2.start();// 线程插队thread1.join();thread2.join();System.out.println(Counter.count);}
}class Counter {public static int count = 0;// 创建锁public final static Object LOCK = new Object();
}class AddThread extends Thread {public void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {synchronized (Counter.LOCK) {Counter.count = Counter.count + 1;}}}
}class DecThread extends Thread {public void run() {for (int i = 0; i < 10000; i++) {synchronized (Counter.LOCK) {Counter.count = Counter.count - 1;}}}
}

使用synchronized关键字修饰代码块，使其线程安全

线程同步锁

synchronized用法

修饰代码块

synchronized：修饰代码块，则其用的锁是某个指定的Java对象

public static void dosth1() {// 使用当前类Class对象,作为锁对象synchronized (Example2.class) {System.out.println("xxx");}
}

修饰实例方法

synchronized修饰实例方法，则其用的锁默认为this当前方法调用对象

// 方法声明中直接使用synchronized关键字(作用等同于使用this作为锁)
public synchronized void dosht2() {System.out.println("...");
}

修饰静态方法

synchronized修饰实例方法，则其用的锁默认为Class对象

// 静态方法:方法声明中直接使用synchronized关键字(作用等同于使用this作为锁)
public synchronized static void dosth2() {System.out.println("xxx");
}

synchronized原理
- 通过monitorenter/monitorexit指令实现监视器机制。
- 监视器(monitor)获取步骤：
  1. 执行monitor指令，判断当前monitor监视器的线程进入数量：如果为0，则该线程直接进入监视器owner，代表该线程拥有监视器，同时进入数设置为1；
  2. 如果线程已经拥有该monitor监视器，重新进入，则进入数+1；如果其它线程尝试获取监视器，则进入阻塞区，线程进入阻塞状态，直到监视器的进入数为0；
  3. 执行monitorexit指令，进入数-1
锁升级（锁膨胀）
- 偏向（斜）锁：
  - 只有一个线程执行的场景，使用偏向锁；
- 轻量级锁：
  - 发现多个线程执行的场景，偏向锁升级为轻量级锁；
  - 轻量级锁不能处理并发；
- 重量级锁：
  - 发现多个线程并发执行的场景，轻量级锁升级为重量级锁；
  - 重量级锁通过操作系统的“互斥锁”实现。互斥锁实现线程之间的切换，需要从“用户态”切换到“内核态”，付出高昂的代价，会导致性能下降。