笔记08 - Java的线程同步Synchronized和ReentrantLock

Synchronized

synchronized可以用来修饰以下3个层面：

• 1. 修饰实例的方法；
• 2. 修饰静态类的方法；
• 3. 修饰代码块

synchronized修饰实例方法：

synchronized修饰实例方法的时候，锁对象是当前的实例对象，同一个实例调用此方法的时候才会产生互斥效果，不同的实例对象之间不会有互斥效果。

上面的代码中，在不同的线程中调用不同对象的printLog方法，两者相互不排斥，两个线程会随机竞争CPU资源：

上面的打印效果可以看出，两个线程的执行互不影响，打印信息是随机的。

如果将代码改成两个线程公用一个对象进行printLog：

代码执行的效果如下：

可以看出只有在一个线程执行完毕之后，另一个线程的调用才会执行，不同线程中的调用是相互排斥的。

修饰静态类方法

如果synchronized修饰的静态类的方法，那么锁对象就是当前Class。在不同的线程中调用不同的实例对象，也会有互斥的效果。

下面将printLog修改为静态方法：

执行代码进行打印：

上面的打印结果可以看出，两个线程是依次执行的。

synchronized修饰代码块

synchronized作用于代码块的时候，锁对象是跟在synchronized后面的对象。任何的对象都可以当作synchronize的锁对象。

实现细节

synchronized既可以作用于方法，也可以作用于代码块。但不同的锁对象的实现是有区别的。

下面的代码中，synchronized作用于代码块上：

使用javap查看对应的字节码：

从上面编译好的字节码文件可以看出，synchronized修饰代码块的时候，会把被修饰的代码用monitorenter和monitorexit进行包裹。另外字节码中有一个monitorenter指令，和两个monitorexit指令。这是虚拟机为了保证在异常发生的情况下，锁也能够被释放，所以两个monitorexit，一个是正常流程释放锁，另一个是异常流程释放锁。

当synchronized修饰方法的时候

从上面的代码和字节码中可以看到，synchronized修饰方法的时候，代码编译时会在方法的flags中标示ACC_SYNCHRONIZED标志。当虚拟机访问一个ACC_SYNCHRONIZED方法的时候，会自动在方法的开始和结束的位置添加monitorenter和monitorexit指令。

monitorenter和monitorexit指令可以理解为一把锁，这个锁有两个重要的属性：计数器和指针。

• 计数器：当前线程访问锁的次数；
• 指针：指向持有这把锁的线程。

锁计数器默认为0，当执行monitorenter指令的时候，如果这把锁的计数器为0，说明这把锁没有被任何线程锁持有，此时线程会将锁计数器加1，并将锁的指针指向自己。当执行monitorexit的时候，会将计数器减1。

ReentrantLock

ReentrantLock和synchronized不同，ReentrantLoock的加锁解锁都是需要手动完成的：

上面的代码中lock和unlock分别是加锁和解锁的过程。

上面的打印可以看出ReentrantLock可以实现和synchronized一样的效果。

【注意】ReentrantLock的加锁和解锁需要手动完成，为了保证在异常流程中也能够成功的解锁，我们需要在try-catch的finally中解锁，从而保证任何时候锁都可以被正常释放。

公平锁

ReentrantLock有一个带参数的构造函数：

默认情况下，synchronized和ReentrantLock都是非公平锁。但是ReentrantLock可以通过传入fair = true来创建一个公平锁。公平锁是通过一个同步队列来实现多线程按申请锁的顺序获得锁。

运行代码：

【分析】

• 1. 3个线程依次start，一个线程持有锁之后，另外两个线程就会被加入到ReentrantLock的同步队列中，等到当前持有锁的线程进行一次自加之后，锁被释放，此时由同步队列中下一个线程持有锁；
• 2. 上面代码的run方法中有sharedNumber < 20的判断，但是打印结果会打印到22。三个线程，在争夺CPU资源的时候，同时经过while的判断进入了while内部，到lock.lock()的时候，只有一个线程持有锁并获得了操作sharedNumber的机会，等这个线程执行完毕释放锁的时候，另外两个线程由于已经通过while判断，所以不会再次进行while中的sharedNumber的判断，因此会形成这种情况。要是为了避免这种情况的发生，可以在lock.lock()之后，真正操作sharedNumber的时候再加一层sharedNumber < 20的判断。

读写锁（ReentrantReadWriteLock）

concurrent包中提供了ReentrantReadWriteLock，在读操作的时候获取读锁，在写操作的时候获得写锁。

1. 创建一个读写锁：

ReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();

2. 通过rwLock对象分别获得读锁（ReadLock）和写锁（WriteLock）：

ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock(); 
ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();

3. 使用读锁和写锁：

当写入操作在执行的时候，读取数据的操作会被阻塞，当写入操作执行完毕之后，肚脐数据的操作继续执行，并且读取的数据是最新写入的数据；多个读操作之间是互不排斥的。

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