一.什么時候會出現(xiàn)線程安全問題？

　　在單線程中不會出現(xiàn)線程安全問題，而在多線程編程中，有可能會出現(xiàn)同時訪問同一個資源的情況，這種資源可以是各種類型的的資源：一個變量、一個對象、一個文件、一個數(shù)據(jù)庫表等，而當(dāng)多個線程同時訪問同一個資源的時候，就會存在一個問題：

　　由于每個線程執(zhí)行的過程是不可控的，所以很可能導(dǎo)致最終的結(jié)果與實際上的愿望相違背或者直接導(dǎo)致程序出錯。

　　舉個簡單的例子：

　　現(xiàn)在有兩個線程分別從網(wǎng)絡(luò)上讀取數(shù)據(jù)，然后插入一張數(shù)據(jù)庫表中，要求不能插入重復(fù)的數(shù)據(jù)。

　　那么必然在插入數(shù)據(jù)的過程中存在兩個操作：

　　1）檢查數(shù)據(jù)庫中是否存在該條數(shù)據(jù)；

　　2）如果存在，則不插入；如果不存在，則插入到數(shù)據(jù)庫中。

　　假如兩個線程分別用thread-1和thread-2表示，某一時刻，thread-1和thread-2都讀取到了數(shù)據(jù)X，那么可能會發(fā)生這種情況：

　　thread-1去檢查數(shù)據(jù)庫中是否存在數(shù)據(jù)X，然后thread-2也接著去檢查數(shù)據(jù)庫中是否存在數(shù)據(jù)X。

　　結(jié)果兩個線程檢查的結(jié)果都是數(shù)據(jù)庫中不存在數(shù)據(jù)X，那么兩個線程都分別將數(shù)據(jù)X插入數(shù)據(jù)庫表當(dāng)中。

　　這個就是線程安全問題，即多個線程同時訪問一個資源時，會導(dǎo)致程序運行結(jié)果并不是想看到的結(jié)果。

　　這里面，這個資源被稱為：臨界資源（也有稱為共享資源）。

　　也就是說，當(dāng)多個線程同時訪問臨界資源（一個對象，對象中的屬性，一個文件，一個數(shù)據(jù)庫等）時，就可能會產(chǎn)生線程安全問題。

　　不過，當(dāng)多個線程執(zhí)行一個方法，方法內(nèi)部的局部變量并不是臨界資源，因為方法是在棧上執(zhí)行的，而Java棧是線程私有的，因此不會產(chǎn)生線程安全問題。

二.如何解決線程安全問題？

　　那么一般來說，是如何解決線程安全問題的呢？

　　基本上所有的并發(fā)模式在解決線程安全問題時，都采用“序列化訪問臨界資源”的方案，即在同一時刻，只能有一個線程訪問臨界資源，也稱作同步互斥訪問。

　　通常來說，是在訪問臨界資源的代碼前面加上一個鎖，當(dāng)訪問完臨界資源后釋放鎖，讓其他線程繼續(xù)訪問。

　　在Java中，提供了兩種方式來實現(xiàn)同步互斥訪問：synchronized和Lock。

　　本文主要講述synchronized的使用方法，Lock的使用方法在下一篇博文中講述。

三.synchronized同步方法或者同步塊

　　在了解synchronized關(guān)鍵字的使用方法之前，我們先來看一個概念：互斥鎖，顧名思義：能到達(dá)到互斥訪問目的的鎖。

　　舉個簡單的例子：如果對臨界資源加上互斥鎖，當(dāng)一個線程在訪問該臨界資源時，其他線程便只能等待。

　　在Java中，每一個對象都擁有一個鎖標(biāo)記（monitor），也稱為監(jiān)視器，多線程同時訪問某個對象時，線程只有獲取了該對象的鎖才能訪問。

　　在Java中，可以使用synchronized關(guān)鍵字來標(biāo)記一個方法或者代碼塊，當(dāng)某個線程調(diào)用該對象的synchronized方法或者訪問synchronized代碼塊時，這個線程便獲得了該對象的鎖，其他線程暫時無法訪問這個方法，只有等待這個方法執(zhí)行完畢或者代碼塊執(zhí)行完畢，這個線程才會釋放該對象的鎖，其他線程才能執(zhí)行這個方法或者代碼塊。

　　下面通過幾個簡單的例子來說明synchronized關(guān)鍵字的使用：

　　1.synchronized方法

　　下面這段代碼中兩個線程分別調(diào)用insertData對象插入數(shù)據(jù)：

public class Test {
 
  public static void main(String[] args) {
    final InsertData insertData = new InsertData();
     
    new Thread() {
      public void run() {
        insertData.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
     
     
    new Thread() {
      public void run() {
        insertData.insert(Thread.currentThread());
      };
    }.start();
  } 
}
 
class InsertData {
  private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
   
  public void insert(Thread thread){
    for(int i=0;i<5;i++){
      System.out.println(thread.getName()+"在插入數(shù)據(jù)"+i);
      arrayList.add(i);
    }
  }
}

　　此時程序的輸出結(jié)果為：

說明兩個線程在同時執(zhí)行insert方法。

　　而如果在insert方法前面加上關(guān)鍵字synchronized的話，運行結(jié)果為：

class InsertData {
  private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
   
  public synchronized void insert(Thread thread){
    for(int i=0;i<5;i++){
      System.out.println(thread.getName()+"在插入數(shù)據(jù)"+i);
      arrayList.add(i);
    }
  }
}

從上輸出結(jié)果說明，Thread-1插入數(shù)據(jù)是等Thread-0插入完數(shù)據(jù)之后才進(jìn)行的。說明Thread-0和Thread-1是順序執(zhí)行insert方法的。

　　這就是synchronized方法。

　　不過有幾點需要注意：

　　1）當(dāng)一個線程正在訪問一個對象的synchronized方法，那么其他線程不能訪問該對象的其他synchronized方法。這個原因很簡單，因為一個對象只有一把鎖，當(dāng)一個線程獲取了該對象的鎖之后，其他線程無法獲取該對象的鎖，所以無法訪問該對象的其他synchronized方法。

　　2）當(dāng)一個線程正在訪問一個對象的synchronized方法，那么其他線程能訪問該對象的非synchronized方法。這個原因很簡單，訪問非synchronized方法不需要獲得該對象的鎖，假如一個方法沒用synchronized關(guān)鍵字修飾，說明它不會使用到臨界資源，那么其他線程是可以訪問這個方法的，

　　3）如果一個線程A需要訪問對象object1的synchronized方法fun1，另外一個線程B需要訪問對象object2的synchronized方法fun1，即使object1和object2是同一類型），也不會產(chǎn)生線程安全問題，因為他們訪問的是不同的對象，所以不存在互斥問題。

　　2.synchronized代碼塊

　　synchronized代碼塊類似于以下這種形式：

synchronized(synObject) {
        
    }
　　當(dāng)在某個線程中執(zhí)行這段代碼塊，該線程會獲取對象synObject的鎖，從而使得其他線程無法同時訪問該代碼塊。

　　synObject可以是this，代表獲取當(dāng)前對象的鎖，也可以是類中的一個屬性，代表獲取該屬性的鎖。

　　比如上面的insert方法可以改成以下兩種形式：

class InsertData {
  private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
   
  public void insert(Thread thread){
    synchronized (this) {
      for(int i=0;i<100;i++){
        System.out.println(thread.getName()+"在插入數(shù)據(jù)"+i);
        arrayList.add(i);
      }
    }
  }
}

class InsertData {
  private ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
  private Object object = new Object();
   
  public void insert(Thread thread){
    synchronized (object) {
      for(int i=0;i<100;i++){
        System.out.println(thread.getName()+"在插入數(shù)據(jù)"+i);
        arrayList.add(i);
      }
    }
  }
}

　　從上面可以看出，synchronized代碼塊使用起來比synchronized方法要靈活得多。因為也許一個方法中只有一部分代碼只需要同步，如果此時對整個方法用synchronized進(jìn)行同步，會影響程序執(zhí)行效率。而使用synchronized代碼塊就可以避免這個問題，synchronized代碼塊可以實現(xiàn)只對需要同步的地方進(jìn)行同步。

　　另外，每個類也會有一個鎖，它可以用來控制對static數(shù)據(jù)成員的并發(fā)訪問。

　　并且如果一個線程執(zhí)行一個對象的非static synchronized方法，另外一個線程需要執(zhí)行這個對象所屬類的static synchronized方法，此時不會發(fā)生互斥現(xiàn)象，因為訪問static synchronized方法占用的是類鎖，而訪問非static synchronized方法占用的是對象鎖，所以不存在互斥現(xiàn)象。

看下面這段代碼就明白了：

public class Test {
 
  public static void main(String[] args) {
    final InsertData insertData = new InsertData();
    new Thread(){
      @Override
      public void run() {
        insertData.insert();
      }
    }.start(); 
    new Thread(){
      @Override
      public void run() {
        insertData.insert1();
      }
    }.start();
  } 
}
 
class InsertData { 
  public synchronized void insert(){
    System.out.println("執(zhí)行insert");
    try {
      Thread.sleep(5000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("執(zhí)行insert完畢");
  }
   
  public synchronized static void insert1() {
    System.out.println("執(zhí)行insert1");
    System.out.println("執(zhí)行insert1完畢");
  }
}

　　執(zhí)行結(jié)果;

第一個線程里面執(zhí)行的是insert方法，不會導(dǎo)致第二個線程執(zhí)行insert1方法發(fā)生阻塞現(xiàn)象。

　　下面我們看一下synchronized關(guān)鍵字到底做了什么事情，我們來反編譯它的字節(jié)碼看一下，下面這段代碼反編譯后的字節(jié)碼為：

public class InsertData {
  private Object object = new Object();
   
  public void insert(Thread thread){
    synchronized (object) {
     
    }
  }
   
  public synchronized void insert1(Thread thread){
     
  }
   
  public void insert2(Thread thread){
     
  }
}

　從反編譯獲得的字節(jié)碼可以看出，synchronized代碼塊實際上多了monitorenter和monitorexit兩條指令。monitorenter指令執(zhí)行時會讓對象的鎖計數(shù)加1，而monitorexit指令執(zhí)行時會讓對象的鎖計數(shù)減1，其實這個與操作系統(tǒng)里面的PV操作很像，操作系統(tǒng)里面的PV操作就是用來控制多個線程對臨界資源的訪問。對于synchronized方法，執(zhí)行中的線程識別該方法的 method_info 結(jié)構(gòu)是否有 ACC_SYNCHRONIZED 標(biāo)記設(shè)置，然后它自動獲取對象的鎖，調(diào)用方法，最后釋放鎖。如果有異常發(fā)生，線程自動釋放鎖。

有一點要注意：對于synchronized方法或者synchronized代碼塊，當(dāng)出現(xiàn)異常時，JVM會自動釋放當(dāng)前線程占用的鎖，因此不會由于異常導(dǎo)致出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。

三.關(guān)于synchronized的其他一些值得注意的地方

1.synchronized與static synchronized 的區(qū)別
　　synchronized是對類的當(dāng)前實例進(jìn)行加鎖，防止其他線程同時訪問該類的該實例的所有synchronized塊，注意這里是“類的當(dāng)前實例”，類的兩個不同實例就沒有這種約束了。那么static synchronized恰好就是要控制類的所有實例的訪問了，static synchronized是限制線程同時訪問jvm中該類的所有實例同時訪問對應(yīng)的代碼快。實際上，在類中某方法或某代碼塊中有synchronized，那么在生成一個該類實例后，該類也就有一個監(jiān)視快，放置線程并發(fā)訪問改實例synchronized保護(hù)快，而static synchronized則是所有該類的實例公用一個監(jiān)視快了，也就是兩個的區(qū)別了,也就是synchronized相當(dāng)于this.synchronized，而
　　static synchronized相當(dāng)于Something.synchronized.
　　一個日本作者-結(jié)成浩的《java多線程設(shè)計模式》有這樣的一個列子：
　　

pulbic class Something(){
　　public synchronized void isSyncA(){}
　　public synchronized void isSyncB(){}
　　public static synchronized void cSyncA(){}
　　public static synchronized void cSyncB(){}
　　}

　　那么，加入有Something類的兩個實例a與b，那么下列組方法何以被1個以上線程同時訪問呢
　　a.   x.isSyncA()與x.isSyncB()
　　b.   x.isSyncA()與y.isSyncA()
　　c.   x.cSyncA()與y.cSyncB()
　　d.   x.isSyncA()與Something.cSyncA()
　　這里，很清楚的可以判斷：
　　a，都是對同一個實例的synchronized域訪問，因此不能被同時訪問
　　b，是針對不同實例的，因此可以同時被訪問
　　c，因為是static synchronized，所以不同實例之間仍然會被限制,相當(dāng)于Something.isSyncA()與   Something.isSyncB()了，因此不能被同時訪問。
　　那么，第d呢?，書上的 答案是可以被同時訪問的，答案理由是synchronzied的是實例方法與synchronzied的類方法由于鎖定（lock）不同的原因。
　　個人分析也就是synchronized 與static synchronized 相當(dāng)于兩幫派，各自管各自，相互之間就無約束了，可以被同時訪問。目前還不是分清楚java內(nèi)部設(shè)計synchronzied是怎么樣實現(xiàn)的。
　　結(jié)論：A: synchronized static是某個類的范圍，synchronized static cSync{}防止多個線程同時訪問這個    類中的synchronized static 方法。它可以對類的所有對象實例起作用。
　　B: synchronized 是某實例的范圍，synchronized isSync(){}防止多個線程同時訪問這個實例中的synchronized 方法。
　　2.synchronized方法與synchronized代碼快的區(qū)別
　　synchronized methods(){} 與synchronized（this）{}之間沒有什么區(qū)別，只是 synchronized methods(){} 便于閱讀理解，而synchronized（this）{}可以更精確的控制沖突限制訪問區(qū)域，有時候表現(xiàn)更高效率。
　　3.synchronized關(guān)鍵字是不能繼承的

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