Java多线程之synchronized

多线程引发的安全问题

由于线程是共享进程中的所有资源的，那么每个线程都可以去操作进程中的某一个资源，当多个线程操作同一个资源的时候就可能出现线程安全问题。比如两个线程对同一个实例变量做加1的操作，然后打印该变量，如果变量的初始值为0，当两个线程执行完后，打印的结果依次可能不是1和2，而是可能为1和1或者2和2，因为当一个线程对变量进行加1操作之后，在打印变量之前，第二个线程也对该变量做了加1的操作，这样打印的结果就是2和2，或者在第一个线程正在对变量做加1的时候，第二个线程也进来了，它获取到的变量的初始值还是0，结果打印的是1和1。

public class UnSafeThread implements Runnable {

    private Integer value = 0;

    @Override
    public void run() {
        value++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": value is " + value);
    }

    public static void main(String[] args) {

        UnSafeThread unSafeThread = new UnSafeThread();

        Thread thread1 = new Thread(unSafeThread, "thread1");
        Thread thread2 = new Thread(unSafeThread, "thread2");
        Thread thread3 = new Thread(unSafeThread, "thread3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
    
}

异常结果为：

thread1: value is 1
thread2: value is 1
thread3: value is 2

上面的结果只是一种情况，其余的就不贴出来了。可以看到，当多线程在对资源进行访问的时候，如果改变的资源的值，这样就会出现线程安全问题，因为出现的结果和我们预想的不一样。这里的资源不仅仅是实例变量，还包括数据库、文件、或者一个对象等等。

怎么解决线程安全问题，基本上所有的并发编程在解决线程安全问题的时候，都是采用序列化访问临界资源的方式，在同一个时刻，只能有一个线程访问该资源，其他的线程处于等待的状态。如何实现序列化访问资源，一般可以在资源上加一个锁，当一个线程获取到资源，就为资源加上锁，当线程访问完资源，则释放掉锁，让下一个线程继续访问该资源。

synchronized的作用

synchronized是Java中的一个关键字，用来标记一段代码或者一个方法，当多个线程访问被标记的代码块或者方法的时候，这个线程会获取到一个对象锁，而其他的线程由于没有持有锁，就没有办法访问被标记的代码块或者方法，只有当持有锁的线程执行完后，释放了对象锁，其他的线程才有机会访问。
synchronized在标记代码块或者方法的时候，需要有一个锁对象。在Java中，每一个对象都拥有一个锁标记，也被称为监视器，线程只有获取该锁，才有资格访问被他控制的代码。所以，在被synchronized标记的代码块中，必须显示的传入一个对象作为锁，而如果在一个方法上，则不需要，因为拥有这个方法的实例对象也可以作为一个锁。

private Object object = new Object();

   @Override
   public void run() {
       synchronized (object) {
           value++;
           System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": value is " + value);
       }
   }

结果为

thread1: value is 1
thread3: value is 2
thread2: value is 3

将代码修改为上面这样，多个线程访问的时候，就不会出现线程安全问题(不管执行多少次)。当然，可以把run()方法中的逻辑抽为一个方法，再被synchronized标记，这便是一个同步方法。

关于synchronized需要注意的地方

• synchronized是一个互斥锁，即当一个线程拥有锁之后，其他线程是不能访问资源的。
• 只能有一个线程访问同一个实例的synchronized方法
• 可以有多个线程访问同一个实例的非synchronized方法
• synchronized是一个重入锁，意思就是线程可以进入被它拥有的锁标记的所有代码块或者方法，不需要再次去获取锁，因为都是同一个锁。
• 每一个类都有一个锁，用来控制类方法。
• 对于使用synchronized标记的方法或者代码块，一旦程序出现异常，虚拟机会自动释放锁，不会造成死锁。

如果通过反编译字节码可以看到，被synchronized标记的代码块会多出两条指令，monitorenter和monitorexit。monitorenter指令执行时会让对象的锁计数加1，而monitorexit指令执行时会让对象的锁计数减1，对于synchronized方法，执行中的线程识别该方法的 method_info 结构是否有 ACC_SYNCHRONIZED 标记设置，然后它自动获取对象的锁，调用方法，最后释放锁。如果有异常发生，线程自动释放锁。