核电厂重水堆:Java 多线程同步问题的探究（二、给我一把锁，我能创造一个规矩）

在上一篇中，我们讲到了多线程是如何处理共享资源的，以及保证他们对资源进行互斥访问所依赖的重要机制：对象锁。



本篇中，我们来看一看传统的同步实现方式以及这背后的原理。



很多人都知道，在Java多线程编程中，有一个重要的关键字，synchronized。但是很多人看到这个东西会感到困惑：“都说同步机制是通过对象锁来实现的，但是这么一个关键字，我也看不出来Java程序锁住了哪个对象阿？“



没错，我一开始也是对这个问题感到困惑和不解。不过还好，我们有下面的这个例程：



 1 public class ThreadTest extends Thread {

 2 

 3     private int threadNo;

 4 

 5     public ThreadTest(int threadNo) {

 6         this.threadNo = threadNo;

 7     }

 8 

 9     public static void main(String[] args) throws Exception {

10         for (int i = 1; i < 10; i++) {

11             new ThreadTest(i).start();

12             Thread.sleep(1);

13         }

14     }

15 

16     @Override

17     public synchronized void run() {

18         for (int i = 1; i < 10000; i++) {

19             System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);

20         }

21     }

22 }


这个程序其实就是让10个线程在控制台上数数，从1数到9999。理想情况下，我们希望看到一个线程数完，然后才是另一个线程开始数数。但是这个程序的执行过程告诉我们，这些线程还是乱糟糟的在那里抢着报数，丝毫没有任何规矩可言。



但是细心的读者注意到：run方法还是加了一个synchronized关键字的，按道理说，这些线程应该可以一个接一个的执行这个run方法才对阿。



但是通过上一篇中，我们提到的，对于一个成员方法加synchronized关键字，这实际上是以这个成员方法所在的对象本身作为对象锁。在本例中，就是以ThreadTest类的一个具体对象，也就是该线程自身作为对象锁的。一共十个线程，每个线程持有自己 线程对象的那个对象锁。这必然不能产生同步的效果。换句话说，如果要对这些线程进行同步，那么这些线程所持有的对象锁应当是共享且唯一的！

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我们来看下面的例程：



 1 public class ThreadTest2 extends Thread {

 2 

 3     private int threadNo;

 4     private String lock;

 5 

 6     public ThreadTest2(int threadNo, String lock) {

 7         this.threadNo = threadNo;

 8         this.lock = lock;

 9     }

10 

11     public static void main(String[] args) throws Exception {

12         String lock = new String("lock");

13         for (int i = 1; i < 10; i++) {

14             new ThreadTest2(i, lock).start();

15             Thread.sleep(1);

16         }

17     }

18 

19     public void run() {

20         synchronized (lock) {

21             for (int i = 1; i < 10000; i++) {

22                 System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);

23             }

24         }

25     }

26 }


我们注意到，该程序通过在main方法启动10个线程之前，创建了一个String类型的对象。并通过ThreadTest2的构造函数，将这个对象赋值给每一个ThreadTest2线程对象中的私有变量lock。根据Java方法的传值特点，我们知道，这些线程的lock变量实际上指向的是堆内存中的同一个区域，即存放main函数中的lock变量的区域。

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程序将原来run方法前的synchronized关键字去掉，换用了run方法中的一个synchronized块来实现。这个同步块的对象锁，就是main方法中创建的那个String对象。换句话说，他们指向的是同一个String类型的对象，对象锁是共享且唯一的！

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于是，我们看到了预期的效果：10个线程不再是争先恐后的报数了，而是一个接一个的报数。

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再来看下面的例程：



 1 public class ThreadTest3 extends Thread {

 2 

 3     private int threadNo;

 4     private String lock;

 5 

 6     public ThreadTest3(int threadNo) {

 7         this.threadNo = threadNo;

 8     }

 9 

10     public static void main(String[] args) throws Exception {

11         //String lock = new String("lock");

12         for (int i = 1; i < 20; i++) {

13             new ThreadTest3(i).start();

14             Thread.sleep(1);

15         }

16     }

17 

18     public static synchronized void abc(int threadNo) {

19         for (int i = 1; i < 10000; i++) {

20            

21                 System.out.println("No." + threadNo + ":" + i);

22                

23            

24                

25            

26         }

27     }

28 

29     public void run() {

30         abc(threadNo);

31     }

32 }


细心的读者发现了：这段代码没有使用main方法中创建的String对象作为这10个线程的线程锁。而是通过在run方法中调用本线程中一个静态的同步方法abc而实现了线程的同步。我想看到这里，你们应该很困惑：这里synchronized静态方法是用什么来做对象锁的呢？

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我们知道，对于同步静态方法，对象锁就是该静态方法所在的类的Class实例，由于在JVM中，所有被加载的类都有唯一的类对象，具体到本例，就是唯一的ThreadTest3.class对象。不管我们创建了该类的多少实例，但是它的类实例仍然是一个！

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这样我们就知道了：



1、对于同步的方法或者代码块来说，必须获得对象锁才能够进入同步方法或者代码块进行操作；

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2、如果采用method级别的同步，则对象锁即为method所在的对象，如果是静态方法，对象锁即指method所在的
Class对象(唯一)；

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3、对于代码块，对象锁即指synchronized(abc)中的abc；


4、因为第一种情况，对象锁即为每一个线程对象，因此有多个，所以同步失效，第二种共用同一个对象锁lock，因此同步生效，第三个因为是
static因此对象锁为ThreadTest3的class 对象，因此同步生效。

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如上述正确，则同步有两种方式，同步块和同步方法（为什么没有wait和notify？这个我会在补充章节中做出阐述）

如果是同步代码块，则对象锁需要编程人员自己指定，一般有些代码为synchronized(this)只有在单态模式才生效；
（本类的实例有且只有一个）

如果是同步方法，则分静态和非静态两种。


静态方法则一定会同步，非静态方法需在单例模式才生效，推荐用静态方法(不用担心是否单例)。

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所以说，在Java多线程编程中，最常见的synchronized关键字实际上是依靠对象锁的机制来实现线程同步的。
我们似乎可以听到synchronized在向我们说：“给我一把锁，我能创造一个规矩”。

下一篇中，我们将看到JDK 5提供的新的同步机制，也就是大名鼎鼎的Doug Lee提供的Java Concurrency框架。