Java并發之synchronized關鍵字和Lock接口

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引用

當開發過程中,我們遇到并發問題。怎麼解決？

一種解決方式，簡單粗暴：上鎖。将千軍萬馬都給攔下來，隻允許一個人過獨木橋。書面意思就是将并行的程式變成串行的程式。現實的鎖有門鎖、挂鎖和抽屜鎖等等。在Java中，我們的鎖就是synchronized關鍵字和Lock接口。

synchronized關鍵字

synchronized也叫同步鎖，是Java裡面的關鍵字。我們可以猜測到synchronized原理也JVM虛拟機有關聯。

synchronized鎖的是對象。對象裡面有一個叫做監視鎖(monitor)的東西，監視鎖依賴作業系統的互斥鎖（Mutex Lock）。作業系統切換線程其實就是從使用者态程式設計核心态（cpu的兩種狀态）。這個代價有點高，是以synchronized這個重量級鎖後面也引進了偏向鎖和輕量級鎖。

加鎖(監視鎖monitor)過程分析()：

1. 當monitor的進入數為0，線程A進入
2. monitor的進入數為1
3. 線程B想進入該monitor就會被阻塞。

線程A可以重複進入該monitor，是以synchronized是可重入鎖，和Lock實作的鎖一樣。

• 程式驗證

public class SynchronizedTest {
    private static  int i = 0;
    public static void main(String[] args) {
        test();
    }

    public static void test(){
        synchronized (SynchronizedTest.class){
            synchronized (SynchronizedTest.class){
                i++;
            }
        }
    }
}
           

• 運作結果

  程式正常運作，沒有報錯

synchronized可以修飾方法以及代碼塊，代碼塊就是上面重入鎖的例子。

• 修飾方法

public class SynchronizedTest {
    static int n = 100;
    final static CountDownLatch start = new CountDownLatch(n);
    private static  int i = 0;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            Thread thread = new Thread(new addNoSynchronized());
            thread.start();
        }
        start.await();
        System.out.println(i);
    }

    public static class addSynchronized implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            addSynchronized();
        }
        public static synchronized void addSynchronized(){
            for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                i++;
            }
            start.countDown();
        }
    }
}

           

• 運作結果

如果去掉 synchronized 關鍵字的話，運作結果大機率不是 100000，因為線程不安全問題。

Lock接口

一般我們使用 ReentrantLock 類作為重入鎖，實作Lock接口。

• 使用方法

public class ReentranLockTest {
    private static int j;
    private static int n = 100;
    private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(n);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            new Thread(new LockTest()).start();
        }
        latch.await();
        System.out.println("結果為："+j);
    }

    public static class LockTest implements Runnable{
        static Lock lock = new ReentrantLock();
        @Override
        public void run() {
            lockTest();
            latch.countDown();
        }
        private void lockTest() {
            lock.lock();
            try {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                        j++;
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}
           

• 運作結果

這裡我們鎖住的 j++ 這塊資源區（公共資源），lock 是 static 關鍵字修飾的，是類對象，思考一下如果不是類對象會怎麼樣？那就是連環鎖了（看圖）。

每一個線程都對可以用鑰匙解開這把鎖，對于程式而言，加鎖操作就沒有意義了。因為我們需要的是一個鎖。

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