Java 多线程（四）——线程同步（synchronized、ReentrantLock）

　　同步，是指协同步调，按预定的先后次序进行运行。而不是从字面上理解的“一起工作”。

1 一个线程安全问题

　　银行取钱问题：使用两个线程来模拟两个人对同一账户取钱操作。

package thread;/** * Created by Zen9 on 2016/3/9. */public class DrawTest {    public static void main(String[] args) {        //创建一个账户        Account account = new Account(1000);        //模拟两个线程对同一个账户取钱        new DrawThread("A",account,800).start();        new DrawThread("B",account,800).start();    }}//账户class Account{    //余额    private double balance;    public Account(double balance){        this.balance = balance;    }    public double getBalance() {        return balance;    }    public void setBalance(double balance) {        this.balance = balance;    }    public void draw(double drawAmount){        if (balance >= drawAmount){            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功！取出金额为：" + drawAmount);            try{                Thread.sleep(1);            }catch (InterruptedException ex){                ex.printStackTrace();            }            balance -= drawAmount;            System.out.println("余额为：" + balance);        }else {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足！");        }    }}//取钱线程class DrawThread extends Thread{    private Account account;    private double drawAmount;    public DrawThread(String name,Account account,double drawAmount){        super(name);        this.account = account;        this.drawAmount = drawAmount;    }    @Override    public void run() {        account.draw(drawAmount);    }}

运行上面程序，有可能出现如下结果，这是不希望出现的错误：

2 synchronized关键字实现同步

　　使用对象互斥锁来保证共享数据操作的完整性。每个对象都对应一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记保证在任一时刻，只有一个线程访问该对象。使用synchronized关键字与对象互斥锁联系。

2.1 同步代码块

　　Java多线程引入同步监视器来解决多线程并发访问问题：

synchronized(obj){　　//同步代码块　　...}

　　其中，obj就是同步监视器。线程开始执行同步代码之前，必须先获得对同步监视器的锁定，即获得对象的互斥锁。
　　同步监视器的目的是阻止多个线程对统一个共享资源进行并发访问，因此通常推荐使用可能被并发访问的共享资源充当同步监视器。

　　改写上面的DrawThread类的run()方法为同步代码块：

//取钱线程class DrawThread extends Thread{    private Account account;    private double drawAmount;    public DrawThread(String name,Account account,double drawAmount){        super(name);        this.account = account;        this.drawAmount = drawAmount;    }    @Override    public void run() {        //使用account作为同步监视器，任何线程进入同步代码之前        //必须先获得account对象的锁定，其他线程无法获得锁        // 逻辑：“加锁、修改、释放锁”        synchronized (account) {    //////修改之处///////            account.draw(drawAmount);        }    }}

2.2 同步方法

　　synchronized关键字还可以放到方法声明中，表示整个方法为同步方法，例如：

//账户class Account{    //余额    private double balance;    public Account(double balance){        this.balance = balance;    }    public double getBalance() {        return balance;    }    public void setBalance(double balance) {        this.balance = balance;    }    //synchronized修饰方法    synchronized public void draw(double drawAmount){   //////修改之处///////        if (balance >= drawAmount){            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功！取出金额为：" + drawAmount);            try{                Thread.sleep(1);            }catch (InterruptedException ex){                ex.printStackTrace();            }            balance -= drawAmount;            System.out.println("余额为：" + balance);        }else {            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足！");        }    }}//取钱线程class DrawThread extends Thread{    private Account account;    private double drawAmount;    public DrawThread(String name,Account account,double drawAmount){        super(name);        this.account = account;        this.drawAmount = drawAmount;    }    @Override    public void run() {            account.draw(drawAmount);    }}

　　运行结果与synchronized修饰代码块一样。

　　对于synchronized修饰的实例方法（非static方法），无须显示指定同步监视器，同步方法的同步监视器是this，即调用该方法的对象。

2.3 释放监视器的锁定

　　线程进入同步代码块（方法）之前，会对同步监视器加锁。程序无法显示释放对同步监视器的锁定，当出现如下情况时会释放：

• 同步方法（代码块）执行结束时
• 在同步方法（代码块）中遇到break、return等终止语句
• 在同步方法（代码块）中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束
• 在同步方法（代码块）中执行了同步监视器对象的wait()方法，当前线程暂停，释放同步监视器

线程不会释放同步监视器的情况：

• 线程执行同步方法（代码块）时，程序调用了Thread.sleep()、Thread.yield()方法来暂停当前线程的执行
• 线程执行同步方法（代码块）时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起

3 同步锁（Lock对象）实现同步

　　同步锁由Lock对象充当，通过显示定义同步锁对象来实现同步。
　　Lock是控制多个线程对共享资源进行访问的工具，比较常用的是ReentrantLock（可重入锁），该Lock对象可以显式地加锁、释放锁。
　　ReentrantLock锁具有可重入性，即一个线程可以对已被加锁的ReentrantLock锁再次加锁。

改写上面Account类：

//账户class Account{    private double balance;    public Account(double balance){        this.balance = balance;    }    public double getBalance() {        return balance;    }    public void setBalance(double balance) {        this.balance = balance;    }    //定义锁对象    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();  //////修改之处///////    public void draw(double drawAmount){        //加锁        lock.lock();  //////修改之处////////        try{            if (balance >= drawAmount){                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取钱成功！取出金额为：" + drawAmount);                try{                    Thread.sleep(1);                }catch (InterruptedException ex){                    ex.printStackTrace();                }                balance -= drawAmount;                System.out.println("余额为：" + balance);            }else {                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "余额不足！");            }        }finally {            //释放锁            lock.unlock();  //////修改之处///////        }    }}

　　使用Lock与使用synchronized同步代码块相似，同样符合“加锁、修改、解锁”的逻辑。只是Lock是显式使用Lock对象作为同步锁，而synchronized同步代码块是使用当前对象作为同步监视器。

4 死锁

　　当两（多）个线程互相等待对方释放资源（同步监视器）时就会发生死锁。一旦发生死锁，整个程序既不会发生任何异常，也不会出现任务提示，只是所有线程都处于阻塞状态，无法继续。

例如：

package thread;/** * Created by Zen9 on 2016/3/9. */public class DeadLockTest {    public static void main(String[] args) {        DeadLock deadLock = new DeadLock();        new Thread(deadLock).start();        deadLock.init();    }}class DeadLock implements Runnable{    A a = new A();    B b = new B();    public void init(){        Thread.currentThread().setName("主线程");        a.Amethod(b);        System.out.println("进入主线程之后");    }    @Override    public void run() {        Thread.currentThread().setName("副线程");        b.Bmethod(a);        System.out.println("进入副线程后");    }}class A{    //进入该方法前，对A实例加锁    synchronized public void Amethod(B b){        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入A实例的Amethod方法");        try {            Thread.sleep(200);        }catch (InterruptedException ex){            ex.printStackTrace();        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 企图调用B的B_another_method方法");        //视图调用B实例的方法，但B实例已被锁定        b.B_another_method();    }    synchronized public void A_another_method(){        System.out.println("进入A类的A_another_method方法");    }}class B{    //进入该方法时，对B实例加锁    synchronized public void Bmethod(A a){        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入B实例的Bmethod方法");        try {            Thread.sleep(200);        }catch (InterruptedException ex){            ex.printStackTrace();        }        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 企图调用A的A_another_method方法");        //视图调用A实例的方法，但A实例已被锁定        a.A_another_method();    }    synchronized public void B_another_method(){        System.out.println("进入B类的B_another_method方法");    }}