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上一篇：Java多線(xiàn)程初學(xué)者指南（9）：為什么要進(jìn)行數(shù)據(jù)同步
要想解決“臟數(shù)據(jù)”的問(wèn)題，最簡(jiǎn)單的方法就是使用synchronized關(guān)鍵字來(lái)使run方法同步，代碼如下：
public synchronized void run()
{
}
從上面的代碼可以看出，只要在void和public之間加上synchronized關(guān)鍵字，就可以使run方法同步，也就是說(shuō)，對(duì)于同一個(gè)Java類(lèi)的對(duì)象實(shí)例，run方法同時(shí)只能被一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用，并當(dāng)前的run執(zhí)行完后，才能被其他的線(xiàn)程調(diào)用。即使當(dāng)前線(xiàn)程執(zhí)行到了run方法中的yield方法，也只是暫停了一下。由于其他線(xiàn)程無(wú)法執(zhí)行run方法，因此，最終還是會(huì)由當(dāng)前的線(xiàn)程來(lái)繼續(xù)執(zhí)行。先看看下面的代碼：
sychronized關(guān)鍵字只和一個(gè)對(duì)象實(shí)例綁定
class Test
{
public synchronized void method()
{
}
}
public class Sync implements Runnable
{
private Test test;
public void run()
{
test.method();
}
public Sync(Test test)
{
this.test = test;
}
public static void main(String[] args) throws Exception
{
Test test1 = new Test();
Test test2 = new Test();
Sync sync1 = new Sync(test1);
Sync sync2 = new Sync(test2);
new Thread(sync1).start();
new Thread(sync2).start();
}
}
在Test類(lèi)中的method方法是同步的。但上面的代碼建立了兩個(gè)Test類(lèi)的實(shí)例，因此，test1和test2的method方法是分別執(zhí)行的。要想讓method同步，必須在建立Sync類(lèi)的實(shí)例時(shí)向它的構(gòu)造方法中傳入同一個(gè)Test類(lèi)的實(shí)例，如下面的代碼所示：
Sync sync1 = new Sync(test1);
不僅可以使用synchronized來(lái)同步非靜態(tài)方法，也可以使用synchronized來(lái)同步靜態(tài)方法。如可以按如下方式來(lái)定義method方法：
class Test
{
public static synchronized void method() { }
}
建立Test類(lèi)的對(duì)象實(shí)例如下：
Test test = new Test();
對(duì)于靜態(tài)方法來(lái)說(shuō)，只要加上了synchronized關(guān)鍵字，這個(gè)方法就是同步的，無(wú)論是使用test.method()，還是使用Test.method()來(lái)調(diào)用method方法，method都是同步的，并不存在非靜態(tài)方法的多個(gè)實(shí)例的問(wèn)題。
在23種設(shè)計(jì)模式中的單件（Singleton）模式如果按傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)，也是線(xiàn)程不安全的，下面的代碼是一個(gè)線(xiàn)程不安全的單件模式。
package test;
// 線(xiàn)程安全的Singleton模式
class Singleton
{
private static Singleton sample;
private Singleton()
{
}
public static Singleton getInstance()
{
if (sample == null)
{
Thread.yield(); // 為了放大Singleton模式的線(xiàn)程不安全性
sample = new Singleton();
}
return sample;
}
}
public class MyThread extends Thread
{
public void run()
{
Singleton singleton = Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton.hashCode());
}
public static void main(String[] args)
{
Thread threads[] = new Thread[5];
for (int i = 0; i < threads.length; i++)
threads[i] = new MyThread();
for (int i = 0; i < threads.length; i++)
threads[i].start();
}
}
在上面的代碼調(diào)用yield方法是為了使單件模式的線(xiàn)程不安全性表現(xiàn)出來(lái)，如果將這行去掉，上面的實(shí)現(xiàn)仍然是線(xiàn)程不安全的，只是出現(xiàn)的可能性小得多。
程序的運(yùn)行結(jié)果如下：
25358555
26399554
7051261
29855319
5383406
上面的運(yùn)行結(jié)果可能在不同的運(yùn)行環(huán)境上有所有同，但一般這五行輸出不會(huì)完全相同。從這個(gè)輸出結(jié)果可以看出，通過(guò)getInstance方法得到的對(duì)象實(shí)例是五個(gè)，而不是我們期望的一個(gè)。這是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行了Thread.yield()后，就將CPU資源交給了另外一個(gè)線(xiàn)程。由于在線(xiàn)程之間切換時(shí)并未執(zhí)行到創(chuàng)建Singleton對(duì)象實(shí)例的語(yǔ)句，因此，這幾個(gè)線(xiàn)程都通過(guò)了if判斷，所以，就會(huì)產(chǎn)生了建立五個(gè)對(duì)象實(shí)例的情況（可能創(chuàng)建的是四個(gè)或三個(gè)對(duì)象實(shí)例，這取決于有多少個(gè)線(xiàn)程在創(chuàng)建Singleton對(duì)象之前通過(guò)了if判斷，每次運(yùn)行時(shí)可能結(jié)果會(huì)不一樣）。
要想使上面的單件模式變成線(xiàn)程安全的，只要為getInstance加上synchronized關(guān)鍵字即可。代碼如下：
public static synchronized Singleton getInstance() { }
當(dāng)然，還有更簡(jiǎn)單的方法，就是在定義Singleton變量時(shí)就建立Singleton對(duì)象，代碼如下：
private static final Singleton sample = new Singleton();
然后在getInstance方法中直接將sample返回即可。這種方式雖然簡(jiǎn)單，但不知在getInstance方法中創(chuàng)建Singleton對(duì)象靈活。讀者可以根據(jù)具體的需求選擇使用不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)單件模式。
在使用synchronized關(guān)鍵字時(shí)有以下四點(diǎn)需要注意：
1. synchronized關(guān)鍵字不能繼承。
雖然可以使用synchronized來(lái)定義方法，但synchronized并不屬于方法定義的一部分，因此，synchronized關(guān)鍵字不能被繼承。如果在父類(lèi)中的某個(gè)方法使用了synchronized關(guān)鍵字，而在子類(lèi)中覆蓋了這個(gè)方法，在子類(lèi)中的這個(gè)方法默認(rèn)情況下并不是同步的，而必須顯式地在子類(lèi)的這個(gè)方法中加上synchronized關(guān)鍵字才可以。當(dāng)然，還可以在子類(lèi)方法中調(diào)用父類(lèi)中相應(yīng)的方法，這樣雖然子類(lèi)中的方法不是同步的，但子類(lèi)調(diào)用了父類(lèi)的同步方法，因此，子類(lèi)的方法也就相當(dāng)于同步了。這兩種方式的例子代碼如下：
在子類(lèi)方法中加上synchronized關(guān)鍵字
class Parent
{
public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent
{
public synchronized void method() { }
}
在子類(lèi)方法中調(diào)用父類(lèi)的同步方法
class Parent
{
public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent
{
public void method() { super.method(); }
}
2. 在定義接口方法時(shí)不能使用synchronized關(guān)鍵字。
3. 構(gòu)造方法不能使用synchronized關(guān)鍵字，但可以使用下節(jié)要討論的synchronized塊來(lái)進(jìn)行同步。
4. synchronized可以自由放置。
在前面的例子中使用都是將synchronized關(guān)鍵字放在方法的返回類(lèi)型前面。但這并不是synchronized可放置唯一位置。在非靜態(tài)方法中，synchronized還可以放在方法定義的最前面，在靜態(tài)方法中，synchronized可以放在static的前面，代碼如下：
public synchronized void method();
synchronized public void method();
public static synchronized void method();
public synchronized static void method();
synchronized public static void method();
但要注意，synchronized不能放在方法返回類(lèi)型的后面，如下面的代碼是錯(cuò)誤的：
public void synchronized method();
public static void synchronized method();
synchronized關(guān)鍵字只能用來(lái)同步方法，不能用來(lái)同步類(lèi)變量，如下面的代碼也是錯(cuò)誤的。
public synchronized int n = 0;
public static synchronized int n = 0;
雖然使用synchronized關(guān)鍵字同步方法是最安全的同步方式，但大量使用synchronized關(guān)鍵字會(huì)造成不必要的資源消耗以及性能損失。雖然從表面上看synchronized鎖定的是一個(gè)方法，但實(shí)際上synchronized鎖定的是一個(gè)類(lèi)。也就是說(shuō)，如果在非靜態(tài)方法method1和method2定義時(shí)都使用了synchronized，在method1未執(zhí)行完之前，method2是不能執(zhí)行的。靜態(tài)方法和非靜態(tài)方法的情況類(lèi)似。但靜態(tài)和非靜態(tài)方法不會(huì)互相影響。看看如下的代碼：
package test;
public class MyThread1 extends Thread
{
public String methodName;
public static void method(String s)
{
System.out.println(s);
while (true)
;
}
public synchronized void method1()
{
method("非靜態(tài)的method1方法");
}
public synchronized void method2()
{
method("非靜態(tài)的method2方法");
}
public static synchronized void method3()
{
method("靜態(tài)的method3方法");
}
public static synchronized void method4()
{
method("靜態(tài)的method4方法");
}
public void run()
{
try
{
getClass().getMethod(methodName).invoke(this);
}
catch (Exception e)
{
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception
{
MyThread1 myThread1 = new MyThread1();
for (int i = 1; i <= 4; i++)
{
myThread1.methodName = "method" + String.valueOf(i);
new Thread(myThread1).start();
sleep(100);
}
}
}
運(yùn)行結(jié)果如下：
非靜態(tài)的method1方法
靜態(tài)的method3方法
從上面的運(yùn)行結(jié)果可以看出，method2和method4在method1和method3未結(jié)束之前不能運(yùn)行。因此，我們可以得出一個(gè)結(jié)論，如果在類(lèi)中使用synchronized關(guān)鍵字來(lái)定義非靜態(tài)方法，那將影響這個(gè)中的所有使用synchronized關(guān)鍵字定義的非靜態(tài)方法。如果定義的是靜態(tài)方法，那么將影響類(lèi)中所有使用synchronized關(guān)鍵字定義的靜態(tài)方法。這有點(diǎn)象數(shù)據(jù)表中的表鎖，當(dāng)修改一條記錄時(shí)，系統(tǒng)就將整個(gè)表都鎖住了，因此，大量使用這種同步方式會(huì)使程序的性能大幅度下降。
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