Java多线程访问Synchronized同步方法的八种使用场景 [ 中奖名单 ]
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2020-12-24 04:01
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简介
本文将介绍7种同步方法的访问场景，我们来看看这七种情况下，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。
八种使用场景：
接下来，我们来通过代码实现，分别判断以下场景是不是线程安全的，以及原因是什么。
两个线程同时访问同一个对象的同步方法 两个线程同时访问两个对象的同步方法 两个线程同时访问（一个或两个）对象的静态同步方法 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 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 两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法 两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法 同步方法抛出异常后，JVM会自动释放锁的情况
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。
两个线程同时访问同一个对象的同步方法，是线程安全的。
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我们在前文中已经讲过了。代码和详细讲解在《Java中synchronized实现对象锁的两种方式及原理解析》中的第二部分《方法锁》中，在此就不再重述了。
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，所以我们的结论是：
两个线程同时访问两个对象的同步方法，是线程不安全的。
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代码验证：
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。
线程名：Thread-0，运行开始
线程名：Thread-1，运行开始
线程：Thread-0，运行结束
线程：Thread-1，运行结束
测试结束
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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。这也就是下一个场景要讲的内容。
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：
两个线程同时访问（一个或两个）对象的静态同步方法，是线程安全的。
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关于此方法的代码实现和详细讲解，参考文章《Java中synchronized实现类锁的两种方式及原理解析》中的第二部分《静态方法锁的方式实现类锁》，在此不再重述。
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。验证下我们的结论：
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，是线程不安全的。
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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");
}
}
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
运行结果：
两个线程是并行执行的，所以是线程不安全的。
线程名：Thread-0，同步方法，运行开始
线程名：Thread-1，普通方法，运行开始
线程：Thread-0，同步方法，运行结束
线程：Thread-1，普通方法，运行结束
测试结束
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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。结论：
非同步方法不受其它由synchronized修饰的同步方法影响
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你可能想到一个类似场景：多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，这个场景会是线程安全的吗？
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？
public class Condition8 implements Runnable {
static Condition8 instance = new Condition8();
@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：
线程名：Thread-0，普通方法，运行开始
线程名：Thread-1，同步方法，运行开始
线程：Thread-1，同步方法，运行结束,开始调用普通方法
线程名：Thread-1，普通方法，运行开始
线程：Thread-0，普通方法，运行结束
线程：Thread-1，普通方法，运行结束
线程名：Thread-2，同步方法，运行开始
线程：Thread-2，同步方法，运行结束,开始调用普通方法
线程名：Thread-2，普通方法，运行开始
线程：Thread-2，普通方法，运行结束
测试结束
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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。
所以结论是：
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，仅在没有其他线程直接调用非同步方法的情况下，是线程安全的。若有其他线程直接调用非同步方法，则是线程不安全的。
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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：
两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法时，是线程安全的。
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public class Condition5 implements Runnable {
static Condition5 instance = new Condition5();
@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：
是线程安全的。
线程名：Thread-1，同步方法1，运行开始
线程：Thread-1，同步方法1，运行结束
线程名：Thread-0，同步方法0，运行开始
线程：Thread-0，同步方法0，运行结束
测试结束
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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。结论：
两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法，线程不安全。
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代码实现：
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：
线程名：Thread-0，静态同步方法0，运行开始
线程名：Thread-1，非静态同步方法1，运行开始
线程：Thread-1，非静态同步方法1，运行结束
线程：Thread-0，静态同步方法0，运行结束
测试结束
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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：
只有当同步方法执行完或执行时抛出异常这两种情况，才会释放锁。
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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：
public class Condition7 implements Runnable {
private static Condition7 instance = new Condition7();
@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");
}
}
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
运行结果：
线程名：Thread-0，运行开始
线程名：Thread-0，抛出异常，释放锁
线程名：Thread-1，运行开始
Exception in thread "Thread-0" java.lang.RuntimeException
at com.study.synchronize.conditions.Condition7.method0(Condition7.java:34)
at com.study.synchronize.conditions.Condition7.run(Condition7.java:17)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
线程：Thread-1，运行结束
测试结束
123456789
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。
总结
本文总结了并用代码实现和验证了synchronized各种使用场景，以及各种场景发生的原因和结论。我们分析的理论基础都是synchronized关键字的锁对象究竟是谁？多个线程之间竞争的是否是同一把锁？根据这个条件来判断线程是否是安全的。所以，有了这些场景的分析锻炼后，我们在以后使用多线程编程时，也可以通过分析锁对象的方式，判断出线程是否是安全的，从而避免此类问题的出现。
本文涵盖了synchronized关键字的最重要的各种实用场景，也是面试官常常会问到的高频问题，是一篇值得大家仔细阅读和亲自动手实践的文章，喜欢本文请点赞和收藏。
来源：https://blog.csdn.net/x541211190/article/details/106272922
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