Java多线程编程——Synchronized同步锁
原创
前言
我们知道多线程优点很多，但是也有缺点，比如：
- 线程创建和销毁的开销：创建和销毁线程需要一定的系统资源，这会导致额外的开销。特别是在频繁创建和销毁线程的情况下，开销可能会变得显著。
- 线程安全问题：多线程并发执行可能会导致数据竞争和不一致的问题。为了保证数据的安全性，需要使用同步机制和锁来避免这种情况。
- 资源占用问题：多线程需要占用更多的内存和CPU资源。在内存资源有限的情况下，过多的线程可能会导致系统资源的耗尽。
- 线程通信问题：多个线程之间需要进行通信和协调，以完成共同的任务。线程之间的通信机制需要合理设计和使用，以避免出现错误和混乱。
- 死锁问题：当多个线程相互等待对方释放资源时，可能会导致程序的死锁。死锁问题需要谨慎处理，以避免程序陷入无法继续执行的状态
所以本讲，为了解决线程不安全问题，将讲解Java另一个关键字Synchronized，Synchronized是Java语言提供的一种内置的线程同步机制，它可以用来解决多线程并发访问共享资源时的线程安全问题。Synchronized可以用于同步方法和同步代码块，确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。
一、Synchronized概述
在Java多线程编程中，Synchronized关键字是一种重要的同步机制，用于实现线程间的互斥和同步。它提供了一种在多个线程之间共享资源的安全保障，确保同一时刻只有一个线程可以访问被保护的代码块或方法。Synchronized的使用可以避免多线程并发导致的数据竞争和不一致
二、Synchronized的原理和机制
1. Synchronized的内部机制
内部机制，Synchronized通过对象头中的标记位来实现线程间的互斥和同步。当一个线程进入synchronized修饰的代码块或方法时，它会尝试获取对应的锁。如果该锁被其他线程持有，则该线程进入等待状态，直到持有锁的线程释放锁。一旦该线程获得锁，其他尝试获取该锁的线程将会被阻塞，直到该线程释放锁。
2. Synchronized的锁定机制
在Java中，Synchronized使用了可重入的锁机制。这意味着一个线程可以多次获得同一个锁，只要在每次获得锁后都释放该锁，就不会发生死锁。另外，如果一个线程在等待获取锁的过程中另一个线程释放了该锁，那么该线程将会被唤醒并获取到该锁。
3. Synchronized的等待和通知机制
在Java中，Synchronized提供了等待和通知机制。当一个线程进入等待状态时，它会释放所持有的锁，其他等待的线程有机会获取该锁并继续执行。当持有锁的线程释放锁时，它会通知等待队列中的某个线程获取该锁并继续执行。这种机制可以有效地协调多个线程之间的协同工作。
三、Synchronized的使用方法
1.方法级别的同步
使用Synchronized修饰方法时，整个方法都被标记为同步方法。在调用该方法时，只有一个线程能够进入该方法执行，其他线程需要等待当前线程执行完毕后才能继续执行。
public synchronized void synchronizedMethod() {
// 同步方法的代码
}2.代码块级别的同步
使用Synchronized关键字加上括号，后面跟上需要同步的对象的引用，可以用来标记某个代码块为同步代码块。在同一时刻只能有一个线程执行该代码块，其他线程需要等待当前线程执行完毕后才能继续执行。
public void someMethod() {
synchronized (this) {
// 同步代码块的代码
}
}3.使用Synchronized关键字修饰静态方法
使用Synchronized修饰静态方法时，多个线程可以同时访问该静态方法，但是每次只能有一个线程执行该静态方法。其他线程需要等待当前线程执行完毕后才能继续执行
public static synchronized void synchronizedStaticMethod() {
// 同步静态方法的代码
}四、线程不安全、不安全例子说明
我们模拟是银行账户的转账问题。假设有两个账户，A和B，初始金额分别为A: 1000, B: 500。现在需要编写一个多线程程序，实现从A向B转移100的操作。
1.线程不安全
public class BankAccount {
private int balance;
public BankAccount(int balance) {
this.balance = balance;
}
public void withdraw(int amount) {
if (amount > balance) {
System.out.println("Insufficient balance");
} else {
balance -= amount;
System.out.println("Withdrawal successful");
}
}
public void deposit(int amount) {
balance += amount;
System.out.println("Deposit successful");
}
public int getBalance() {
return balance;
}
}
public class TransferThread extends Thread {
private BankAccount fromAccount;
private BankAccount toAccount;
private int amount;
public TransferThread(BankAccount fromAccount, BankAccount toAccount, int amount) {
this.fromAccount = fromAccount;
this.toAccount = toAccount;
this.amount = amount;
}
@Override
public void run() {
if (fromAccount.getBalance() >= amount) {
fromAccount.withdraw(amount);
toAccount.deposit(amount);
System.out.println("Transfer successful");
} else {
System.out.println("Insufficient balance in account " + fromAccount);
}
}
}在上述代码中，两个线程同时对同一个账户进行操作，一个线程从A账户取款100，另一个线程向B账户存款100。如果没有适当的同步措施，就可能出现线程安全问题。例如，当一个线程在执行withdraw()方法时，另一个线程同时执行deposit()方法，导致B账户的存款金额被重复计算，从而导致B账户的实际金额多于预期金额。
运行结果：
2.使用使用Synchronized
public class BankAccount {
private int balance;
public BankAccount(int balance) {
this.balance = balance;
}
public synchronized void withdraw(int amount) {
if (amount > balance) {
System.out.println("Insufficient balance");
} else {
balance -= amount;
System.out.println("Withdrawal successful");
}
}
public synchronized void deposit(int amount) {
balance += amount;
System.out.println("Deposit successful");
}
public synchronized int getBalance() {
return balance;
}
}
public class TransferThread extends Thread {
private BankAccount fromAccount;
private BankAccount toAccount;
private int amount;
public TransferThread(BankAccount fromAccount, BankAccount toAccount, int amount) {
this.fromAccount = fromAccount;
this.toAccount = toAccount;
this.amount = amount;
}
@Override
public void run() {
synchronized (fromAccount) {
if (fromAccount.getBalance() >= amount) {
fromAccount.withdraw(amount);
toAccount.deposit(amount);
System.out.println("Transfer successful");
} else {
System.out.println("Insufficient balance in account " + fromAccount);
}
}
}
}在BankAccount类中，将withdraw()、deposit()和getBalance()方法都标记为synchronized，确保同一时刻只有一个线程可以访问这些方法。在TransferThread类中，使用synchronized块来确保在执行转账操作时只有一个线程可以访问fromAccount对象。这样可以避免多个线程同时对同一个账户进行操作，确保线程安全。
运行结果：
总结
Synchronized是Java多线程编程中的关键，类似多线程的一把锁，它提供了一种简单而有效的机制来确保线程安全和避免竞争条件。通过使用Synchronized关键字，我们可以实现方法级别的同步和代码块级别的同步，以保护共享资源并确保同一时刻只有一个线程可以访问这些资源。
不过在使用Synchronized关键字修饰代码块时，需要注意以下几点：
- Synchronized关键字后面的对象必须是线程安全的共享对象。
- 同步代码块中的代码应该尽可能地短小，避免长时间占用线程导致其他线程长时间等待。
- 同步代码块中不能抛出异常，否则可能导致线程中断和死锁等问题。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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