Java多线程同步锁的理解

2023年3月21日 147次阅读来源: 南阳客

java主要通过synchronized的关键字来实现的。让我们从一个买票程序说起吧。

package com.day04;

/**
 * 
 * @author Administrator 问题描述：使用多线程的方式来模拟多个窗口买票
 *
 */
public class SaleWindow implements Runnable {

    // 初始化票数10
    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        // 获取线程的名称，比如Thread-0，并将它截掉Thread-取0这个数字标识，为了构造下面卖票窗口名称
        int threadNum = Integer.parseInt(Thread.currentThread().getName().substring(7));
        String saleWindowName = "销售窗口" + threadNum;
        // 开始买票
        while (true) {
            if (ticket > 0) {
                // 这里为了演示出线程不同步的问题，让线程睡眠一段时间，延时）
                try {
                    Thread.sleep(1000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(saleWindowName + " 卖 出 了 " + ticket-- + " 号 票 ！");
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建了销售窗口对象
        SaleWindow sw = new SaleWindow();
        // 启动线程，让第一个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第二个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第三个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();

    }

}

运行结果如下所示：

销售窗口2 卖出了 10 号票！
销售窗口1 卖出了 8 号票！
销售窗口0 卖出了 9 号票！
销售窗口2 卖出了 7 号票！
销售窗口1 卖出了 6 号票！
销售窗口0 卖出了 5 号票！
销售窗口2 卖出了 4 号票！
销售窗口1 卖出了 3 号票！
销售窗口0 卖出了 2 号票！
销售窗口2 卖出了 1 号票！
销售窗口1 卖出了 0 号票！《—–
销售窗口0 卖出了 -1 号票！《——
可以看到我们的程序出来了问题，上面打红色箭头所示，竟然卖出胃0号票肯-1号票了。

让我们画个图来分析一下如下所示：

《Java多线程同步锁的理解》

通过以上分析，不难得出，造成问题原因，是因为同步操作问题。

那我们如何确定哪些是同步操作（或者有同步问题）？

1.明确哪些代码是多线程成运行的代码(run方法中的代码)

2.明确那些是共享数据（ticket票数）

3.明确多线程运行代码中那些语句是操作共享数据（System.out.println(saleWindowName + ” 卖出了 ” + ticket– + ” 号票！”);）

接下来我们就可以通过Java给我们提供的synchroized关键字使用同步锁来解决以上的问题

package com.day04;

/**
 * 
 * @author Administrator 问题描述：使用多线程的方式来模拟多个窗口买票
 *
 */
public class SaleWindow implements Runnable {

    // 初始化票数10
    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        // 获取线程的名称，比如Thread-0，并将它截掉Thread-取0这个数字标识，为了构造下面卖票窗口名称
        int threadNum = Integer.parseInt(Thread.currentThread().getName().substring(7));
        String saleWindowName = "销售窗口" + threadNum;
        // 开始买票
        while (true) {
            //加上synchronized，并加入对象锁，new一个任意对象即可，我们这里使用Object来解决同步问题
            synchronized (new Object()) {

                if (ticket > 0) {
                    // 这里为了演示出线程不同步的问题，让线程睡眠一段时间，延时）
                    try {
                        Thread.sleep(1000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(saleWindowName + " 卖 出 了 " + ticket-- + " 号 票 ！");
                } else {
                    break;
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建了销售窗口对象
        SaleWindow sw = new SaleWindow();
        // 启动线程，让第一个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第二个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第三个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();

    }

}

运行结果如下所示：

销售窗口1 卖出了 10 号票！

销售窗口2 卖出了 9 号票！

销售窗口0 卖出了 8 号票！

销售窗口0 卖出了 7 号票！

销售窗口2 卖出了 6 号票！

销售窗口1 卖出了 5 号票！

销售窗口2 卖出了 4 号票！

销售窗口0 卖出了 3 号票！

销售窗口0 卖出了 2 号票！

销售窗口2 卖出了 1 号票！

这样就有效的解决了同步的问题。

同样我们也可将上面的操作共享数据的同步操作抽取出来，单独封装成一个同步方法，只需要在方法上面的返回值前面加上synchronized关键字即可，这样可以更方面理解和阅读，优化后代码如下。

package com.day04;

/**
 * 
 * @author Administrator 问题描述：使用多线程的方式来模拟多个窗口买票
 *
 */
public class SaleWindow implements Runnable {

    // 初始化票数10
    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {

        // 开始买票
        while (true) {
            // 当没有票了结束
            if (!saleSuccess()) {
                break;
            }
        }
    }

    public synchronized boolean saleSuccess() {
        // 获取线程的名称，比如Thread-0，并将它截掉Thread-取0这个数字标识，为了构造下面卖票窗口名称
        int threadNum = Integer.parseInt(Thread.currentThread().getName().substring(7));
        String saleWindowName = "销售窗口" + threadNum;
        if (ticket > 0) {
            // 这里为了演示出线程不同步的问题，让线程睡眠一段时间，延时）
            try {
                Thread.sleep(1000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(saleWindowName + " 卖 出 了 " + ticket-- + " 号 票 ！");
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建了销售窗口对象
        SaleWindow sw = new SaleWindow();
        // 启动线程，让第一个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第二个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第三个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();

    }

}

销售窗口1 卖出了 10 号票！销售窗口2 卖出了 9 号票！销售窗口0 卖出了 8 号票！销售窗口0 卖出了 7 号票！销售窗口2 卖出了 6 号票！销售窗口1 卖出了 5 号票！销售窗口2 卖出了 4 号票！销售窗口0 卖出了 3 号票！销售窗口0 卖出了 2 号票！销售窗口2 卖出了 1 号票！

现在又有一个问题出现了，public synchronized boolean saleSuccess()该同步函数用的是哪一个锁？

我们猜想可能用的是this这个对象锁，如果我们让线程一个执行带有sychronized的同步方法，一个执行带有this对象的sychronized同步代码块的方法，如果能够得到正确的结果，不出现同步问题，即论证正确，反之，如果还是出现同步问题即用的不是this这个对象锁。代码如下：

package com.day04;

/**
 * 
 * @author Administrator 问题描述：使用多线程的方式来模拟多个窗口买票
 *
 */
public class SaleWindow implements Runnable {

    // 初始化票数10
    private int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        // 获取当前线程的序号从0开始
        int threadNum = Integer.parseInt(Thread.currentThread().getName().substring(7));
        // 偶数线程执行该方法
        if ((threadNum + 1) % 2 == 0) {
            while (true) {
                synchronized (this) {
                    String saleWindowName = "奇数销售窗口" + threadNum;
                    if (ticket > 0) {
                        // 这里为了演示出线程不同步的问题，让线程睡眠一段时间，延时）
                        try {
                            Thread.sleep(1000L);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(saleWindowName + " 卖 出 了 " + ticket-- + " 号 票 ！");
                    } else {
                        break;
                    }
                }
            }
        } else {
            // 奇数线程执行该方法
            // 开始买票
            while (true) {
                // 当没有票了结束
                if (!saleSuccess()) {
                    break;
                }
            }
        }

    }

    public synchronized boolean saleSuccess() {
        // 获取线程的名称，比如Thread-0，并将它截掉Thread-取0这个数字标识，为了构造下面卖票窗口名称
        int threadNum = Integer.parseInt(Thread.currentThread().getName().substring(7));
        String saleWindowName = "偶数销售窗口" + threadNum;
        if (ticket > 0) {
            // 这里为了演示出线程不同步的问题，让线程睡眠一段时间，延时）
            try {
                Thread.sleep(1000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(saleWindowName + " 卖 出 了 " + ticket-- + " 号 票 ！");
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建了销售窗口对象
        SaleWindow sw = new SaleWindow();
        // 启动线程，让第一个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第二个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第三个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();

    }

}

运行结果如下：

偶数销售窗口0 卖出了 10 号票！

偶数销售窗口0 卖出了 9 号票！

偶数销售窗口2 卖出了 8 号票！

奇数销售窗口1 卖出了 7 号票！

偶数销售窗口2 卖出了 6 号票！

偶数销售窗口2 卖出了 5 号票！

偶数销售窗口2 卖出了 4 号票！

偶数销售窗口2 卖出了 3 号票！

偶数销售窗口2 卖出了 2 号票！

偶数销售窗口0 卖出了 1 号票！

由上面的接口即可论证同步方法使用对的对象锁是this。

同样的加入我们的将我们的共享数据ticket改成静态的，并将同步方法也改成静态，它用的是那个对象锁？

我们猜想是本类的class对象这个锁即（SaleWindow.class）这个对象锁。同理如果我们让线程一个执行带有sychronized的静态同步方法，一个执行带有本类的class对象这个锁即（SaleWindow.class）的sychronized同步代码块的方法，如果能够得到正确的结果，不出现同步问题，即论证正确。反之，如果还是出现同步问题，即说明静态同步方法使用的锁不是本类的class对象这个锁即（SaleWindow.class）这个对象锁。代码如下：

package com.day04;

/**
 * 
 * @author Administrator 问题描述：使用多线程的方式来模拟多个窗口买票
 *
 */
public class SaleWindow implements Runnable {

    // 初始化票数10
    private static int ticket = 10;

    @Override
    public void run() {
        // 获取当前线程的序号从0开始
        int threadNum = Integer.parseInt(Thread.currentThread().getName().substring(7));
        // 偶数线程执行该方法
        if ((threadNum + 1) % 2 == 0) {
            while (true) {
                synchronized (SaleWindow.class) {
                    String saleWindowName = "奇数销售窗口" + threadNum;
                    if (ticket > 0) {
                        // 这里为了演示出线程不同步的问题，让线程睡眠一段时间，延时）
                        try {
                            Thread.sleep(1000L);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(saleWindowName + " 卖 出 了 " + ticket-- + " 号 票 ！");
                    } else {
                        break;
                    }
                }
            }
        } else {
            // 奇数线程执行该方法
            // 开始买票
            while (true) {
                // 当没有票了结束
                if (!saleSuccess()) {
                    break;
                }
            }
        }

    }

    public synchronized static boolean saleSuccess() {
        // 获取线程的名称，比如Thread-0，并将它截掉Thread-取0这个数字标识，为了构造下面卖票窗口名称
        int threadNum = Integer.parseInt(Thread.currentThread().getName().substring(7));
        String saleWindowName = "偶数销售窗口" + threadNum;
        if (ticket > 0) {
            // 这里为了演示出线程不同步的问题，让线程睡眠一段时间，延时）
            try {
                Thread.sleep(1000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(saleWindowName + " 卖 出 了 " + ticket-- + " 号 票 ！");
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建了销售窗口对象
        SaleWindow sw = new SaleWindow();
        // 启动线程，让第一个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第二个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();
        // 启动线程，让第三个窗口开始买票
        new Thread(sw).start();

    }

}