java併發中的Synchronized關鍵詞

java併發中的Synchronized關鍵詞

如果在多線程的環境中，我們經常會遇到資源競爭的情況，比如多個線程要去同時修改同一個共享變量，這時候，就需要對資源的訪問方法進行一定的處理，保證同一時間只有一個線程訪問。

java提供了synchronized關鍵字，方便我們實現上述操作。

爲什麼要同步

我們舉個例子，我們創建一個類，提供了一個setSum的方法：

public class SynchronizedMethods {

    private int sum = 0;

    public void calculate() {
        setSum(getSum() + 1);
    }
}

如果我們在多線程的環境中調用這個calculate方法：

    @Test
    public void givenMultiThread_whenNonSyncMethod() throws InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
        SynchronizedMethods summation = new SynchronizedMethods();

        IntStream.range(0, 1000)
                .forEach(count -> service.submit(summation::calculate));
        service.shutdown();
        service.awaitTermination(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

        assertEquals(1000, summation.getSum());
    }

按照上面的方法，我們預計要返回1000， 但是實際上基本不可能得到1000這個值，因爲在多線程環境中，對同一個資源進行同時操作帶來的不利影響。

那我們怎麼才能夠建線程安全的環境呢？

Synchronized關鍵詞

java提供了多種線程安全的方法，本文主要講解Synchronized關鍵詞，Synchronized關鍵詞可以有很多種形式：

• Instance methods
• Static methods
• Code blocks

當我們使用synchronized時，java會在相應的對象上加鎖，從而在同一個對象等待鎖的方法都必須順序執行，從而保證了線程的安全。

Synchronized Instance Methods

Synchronized關鍵詞可以放在實例方法的前面：

    public synchronized void synchronisedCalculate() {
        setSum(getSum() + 1);
    }

看下調用結果：

@Test
public void givenMultiThread_whenMethodSync() {
    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
    SynchronizedMethods method = new SynchronizedMethods();
 
    IntStream.range(0, 1000)
      .forEach(count -> service.submit(method::synchronisedCalculate));
    service.awaitTermination(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
 
    assertEquals(1000, method.getSum());
}

這裏synchronized將會鎖住該方法的實例對象，多個線程中只有獲得該實例對象鎖的線程才能夠執行。

Synchronized Static Methods

Synchronized關鍵詞也可以用在static方法前面：

    public static synchronized void syncStaticCalculate() {
        staticSum = staticSum + 1;
    }

Synchronized放在static方法前面和實例方法前面鎖住的對象不同。放在static方法前面鎖住的對象是這個Class本身，因爲一個Class在JVM中只會存在一個，所以不管有多少該Class的實例，在同一時刻只會有一個線程可以執行該放方法。

    @Test
    public void givenMultiThread_whenStaticSyncMethod() throws InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

        IntStream.range(0, 1000)
                .forEach(count ->
                        service.submit(SynchronizedMethods::syncStaticCalculate));
        service.shutdown();
        service.awaitTermination(100, TimeUnit.MILLISECONDS);

        assertEquals(1000, SynchronizedMethods.staticSum);
    }

Synchronized Blocks

有時候，我們可能不需要Synchronize整個方法，而是同步其中的一部分，這時候，我們可以使用Synchronized Blocks：

    public void performSynchronizedTask() {
        synchronized (this) {
            setSum(getSum() + 1);
        }
    }

我們看下怎麼測試：

    @Test
    public void givenMultiThread_whenBlockSync() throws InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
        SynchronizedMethods synchronizedBlocks = new SynchronizedMethods();

        IntStream.range(0, 1000)
                .forEach(count ->
                        service.submit(synchronizedBlocks::performSynchronizedTask));
        service.shutdown();
        service.awaitTermination(100, TimeUnit.MILLISECONDS);

        assertEquals(1000, synchronizedBlocks.getSum());
    }

上面我們同步的是實例，如果在靜態方法中，我們也可以同步class：

    public static void performStaticSyncTask(){
        synchronized (SynchronizedMethods.class) {
            staticSum = staticSum + 1;
        }
    }

我們看下怎麼測試：

    @Test
    public void givenMultiThread_whenStaticSyncBlock() throws InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

        IntStream.range(0, 1000)
                .forEach(count ->
                        service.submit(SynchronizedMethods::performStaticSyncTask));
        service.shutdown();
        service.awaitTermination(100, TimeUnit.MILLISECONDS);

        assertEquals(1000, SynchronizedMethods.staticSum);
    }

本文的例子可以參考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/Synchronized

更多內存可以參考http://www.flydean.com/java-concurrent-synchronized/