Java多執行緒的同步機制：synchronized

如果程式是單執行緒的，就不必擔心此執行緒在執行時被其他執行緒“打擾”，就像在現實世界中，在一段時間內如果只能完成一件事情，不用擔心做這件事情被其他事情打擾。但是，如果程式中同時使用多執行緒，好比現實中的“兩個人同時通過一扇門”，這時就需要控制，否則容易引起阻塞。

為了處理這種共用資源競爭，可以使用同步機制。所謂同步機制，指的是兩個執行緒同時作用在一個物件上，應該保持物件資料的統一性和整體性。Java 提供 synchronized 關鍵字，為防止資源衝突提供了內建支援。共用資源一般是檔案、輸入/輸出埠或印表機。

細心的讀者可以發現，在《多執行緒之間存取範例變數》和《非執行緒安全問題的解決方法》中都已經使用到了 synchronized 關鍵字。

在一個類中，用 synchronized 關鍵字宣告的方法為同步方法。格式如下：

class類名
{
    public synchronized 型別名稱 方法名稱()
    {
        //程式碼
    }
}

Java 有一個專門負責管理執行緒物件中同步方法存取的工具——同步模型監視器，它的原理是為每個具有同步程式碼的物件準備唯一的一把“鎖”。當多個執行緒存取物件時，只有取得鎖的執行緒才能進入同步方法，其他存取共用物件的執行緒停留在物件中等待。

synchronized 不僅可以用到同步方法，也可以用到同步塊。對於同步塊，synchronized 獲取的是引數中的物件鎖。格式如下：

synchronized(obj)
{
    //程式碼
}

當執行緒執行到這裡的同步塊時，它必須獲取 obj 這個物件的鎖才能執行同步塊，否則執行緒只能等待獲得鎖。必須注意的是，Obj 物件的作用範圍不同，控制情況也不盡相同。如下程式碼為簡單的一種使用：

public void method()
{
    Object obj=new Object();
    synchronized(obj)
    {
        //程式碼
    }
}

上述程式碼建立區域性物件 Obj，由於每一個執行緒執行到 Object obj=new Object() 時都會產生一個 obj 物件，每一個執行緒都可以獲得新建立的 obj 物件的鎖而不會相互影響，因此這段程式不會起到同步作用。如果同步的是類的屬性，情況就不同了。

例 1

在前面幾節中，使用了 synchronized 關鍵字同步方法來解決非執行緒安全的問題。下面通過一個案例演示 println() 方法與 i-- 聯合使用時“有可能”出現的另外一種異常情況，並說明其中的原因。

(1) 首先建立執行緒類 MyThread05，該類的程式碼很簡單，如下所示：

package ch14;
public class MyThread05 extends Thread
{
    private int i=5;
    @Override
    public void run()
    {
        System.out.println("當前執行緒名稱="+Thread.currentThread().getName()+",i="+(i--));
        //注意：程式碼i--由前面專案中單獨一行執行改成在當前專案中在println()方法中直接進行列印
    }
}

(2) 編寫主執行緒程式碼，首先建立一個 MyThread05 執行緒類，再啟動 5 個相同的執行緒。具體程式碼如下：

package ch14;
public class Test08
{
    public static void main(String[] args)
    {
        MyThread05 run=new MyThread05(); 
        Thread t1=new Thread(run); 
        Thread t2=new Thread(run); 
        Thread t3=new Thread(run); 
        Thread t4=new Thread(run); 
        Thread t5=new Thread(run); 
        t1.start(); 
        t2.start(); 
        t3.start(); 
        t4.start(); 
        t5.start();
    }

}

從如下所示的執行效果可以看出，i 的值並不是從 5 遞減 1。這是因為雖然 println() 方法在內部是同步的，但 i-- 操作卻是在進入 println() 之前發生的，所以有發生非執行緒安全問題的概率。

當前執行緒名稱=Thread-2,i=5
當前執行緒名稱=Thread-3,i=2
當前執行緒名稱=Thread-4,i=3
當前執行緒名稱=Thread-1,i=4
當前執行緒名稱=Thread-5,i=1

(3) 為了防止發生非執行緒安全問題，應繼續使用同步方法。在這裡使用同步塊完成，修改後的程式碼如下：

package ch14;
public class MyThread05 extends Thread
{
    private int i=5;
    @Override
    public void run()
    {
        synchronized (this)
        {
            System.out.println("當前執行緒名稱="+Thread.currentThread().getName()+",i="+(i--));
            //注意：程式碼i--由前面專案中單獨一行執行改成在當前專案中在println()方法中直接進行列印
        }
    }
}

(4) 再次執行將看到如下所示的正常的執行效果。

當前執行緒名稱=Thread-1,i=5
當前執行緒名稱=Thread-2,i=4
當前執行緒名稱=Thread-3,i=3
當前執行緒名稱=Thread-4,i=2
當前執行緒名稱=Thread-5,i=1