Java多线程访问Synchronized同步方法的八种使用场景

原创

程序员白楠楠

修改于 2020-12-22 10:19:01

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修改于 2020-12-22 10:19:01

文章被收录于专栏：公众号：程序员白楠楠

简介

本文将介绍7种同步方法的访问场景，我们来看看这七种情况下，多线程访问同步方法是否还是线程安全的。这些场景是多线程编程中经常遇到的，而且也是面试时高频被问到的问题，所以不管是理论还是实践，这些都是多线程场景必须要掌握的场景。

八种使用场景：

接下来，我们来通过代码实现，分别判断以下场景是不是线程安全的，以及原因是什么。

两个线程同时访问同一个对象的同步方法
两个线程同时访问两个对象的同步方法
两个线程同时访问（一个或两个）对象的静态同步方法
两个线程分别同时访问（一个或两个）对象的同步方法和非同步方法
两个线程访问同一个对象中的同步方法，同步方法又调用一个非同步方法
两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法
两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法
同步方法抛出异常后，JVM会自动释放锁的情况

场景一：两个线程同时访问同一个对象的同步方法

分析：这种情况是经典的对象锁中的方法锁，两个线程争夺同一个对象锁，所以会相互等待，是线程安全的。

两个线程同时访问同一个对象的同步方法，是线程安全的。
1

我们在前文中已经讲过了。代码和详细讲解在《Java中synchronized实现对象锁的两种方式及原理解析》中的第二部分《方法锁》中，在此就不再重述了。

场景二：两个线程同时访问两个对象的同步方法

这种场景就是对象锁失效的场景，原因出在访问的是两个对象的同步方法，那么这两个线程分别持有的两个线程的锁，所以是互相不会受限的。加锁的目的是为了让多个线程竞争同一把锁，而这种情况多个线程之间不再竞争同一把锁，而是分别持有一把锁，所以我们的结论是：

两个线程同时访问两个对象的同步方法，是线程不安全的。
1

代码验证：

public class Condition2 implements Runnable {
    // 创建两个不同的对象
 static Condition2 instance1 = new Condition2();
 static Condition2 instance2 = new Condition2();

 @Override
 public void run() {
  method();
 }

 private synchronized void method() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行结束");
 }

 public static void main(String[] args) {
  Thread thread1 = new Thread(instance1);
  Thread thread2 = new Thread(instance2);
  thread1.start();
  thread2.start();
  while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
  }
  System.out.println("测试结束");
 }
}
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运行结果：

两个线程是并行执行的，所以线程不安全。

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线程名：Thread-0，运行开始
线程名：Thread-1，运行开始
线程：Thread-0，运行结束
线程：Thread-1，运行结束
测试结束
12345

代码分析：

「问题在此：」两个线程（thread1、thread2），访问两个对象（instance1、instance2）的同步方法（method()）,两个线程都有各自的锁，不能形成两个线程竞争一把锁的局势，所以这时，synchronized修饰的方法method()和不用synchronized修饰的效果一样（不信去把synchronized关键字去掉，运行结果一样），所以此时的method()只是个普通方法。

「如何解决这个问题：」若要使锁生效，只需将method()方法用static修饰，这样就形成了类锁，多个实例（instance1、instance2）共同竞争一把类锁，就可以使两个线程串行执行了。这也就是下一个场景要讲的内容。

场景三：两个线程同时访问（一个或两个）对象的静态同步方法

这个场景解决的是场景二中出现的线程不安全问题，即用类锁实现：

两个线程同时访问（一个或两个）对象的静态同步方法，是线程安全的。
1

关于此方法的代码实现和详细讲解，参考文章《Java中synchronized实现类锁的两种方式及原理解析》中的第二部分《静态方法锁的方式实现类锁》，在此不再重述。

场景四：两个线程分别同时访问（一个或两个）对象的同步方法和非同步方法

这个场景是两个线程其中一个访问同步方法，另一个访问非同步方法，此时程序会不会串行执行呢，也就是说是不是线程安全的呢？我们可以确定是线程不安全的，如果方法不加synchronized都是安全的，那就不需要同步方法了。验证下我们的结论：

两个线程分别同时访问（一个或两个）对象的同步方法和非同步方法，是线程不安全的。
1
public class Condition4 implements Runnable {

 static Condition4 instance = new Condition4();

 @Override
 public void run() {
  //两个线程访问同步方法和非同步方法
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) {
   //线程0,执行同步方法method0()
   method0();
  }
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) {
   //线程1,执行非同步方法method1()
   method1();
  }
 }
    
    // 同步方法
 private synchronized void method0() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行结束");
 }
    
    // 普通方法
 private void method1() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行结束");
 }

 public static void main(String[] args) {
  Thread thread1 = new Thread(instance);
  Thread thread2 = new Thread(instance);
  thread1.start();
  thread2.start();
  while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
  }
  System.out.println("测试结束");
 }

}
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运行结果：

两个线程是并行执行的，所以是线程不安全的。

线程名：Thread-0，同步方法，运行开始
线程名：Thread-1，普通方法，运行开始
线程：Thread-0，同步方法，运行结束
线程：Thread-1，普通方法，运行结束
测试结束
12345

结果分析

「问题在于此：」 method1没有被synchronized修饰，所以不会受到锁的影响。即便是在同一个对象中，当然在多个实例中，更不会被锁影响了。结论：

非同步方法不受其它由synchronized修饰的同步方法影响
1

你可能想到一个类似场景：多个线程访问同一个对象中的同步方法，同步方法又调用一个非同步方法，这个场景会是线程安全的吗？

场景五：两个线程访问同一个对象中的同步方法，同步方法又调用一个非同步方法

我们来实验下这个场景，用两个线程调用同步方法，在同步方法中调用普通方法；再用一个线程直接调用普通方法，看看是否是线程安全的？

public class Condition8 implements Runnable {

 static Condition8 instance = new Condition8();

 @Override
 public void run() {
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) {
   //直接调用普通方法
   method2();
  } else {
   // 先调用同步方法，在同步方法内调用普通方法
   method1();
  }
 }

 // 同步方法
 private static synchronized void method1() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(2000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法，运行结束,开始调用普通方法");
  method2();
 }

 // 普通方法
 private static void method2() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，普通方法，运行结束");
 }

 public static void main(String[] args) {
  // 此线程直接调用普通方法
  Thread thread0 = new Thread(instance);
  // 这两个线程直接调用同步方法
  Thread thread1 = new Thread(instance);
  Thread thread2 = new Thread(instance);
  thread0.start();
  thread1.start();
  thread2.start();
  while (thread0.isAlive() || thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
  }
  System.out.println("测试结束");
 }

}
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运行结果：

线程名：Thread-0，普通方法，运行开始
线程名：Thread-1，同步方法，运行开始
线程：Thread-1，同步方法，运行结束,开始调用普通方法
线程名：Thread-1，普通方法，运行开始
线程：Thread-0，普通方法，运行结束
线程：Thread-1，普通方法，运行结束
线程名：Thread-2，同步方法，运行开始
线程：Thread-2，同步方法，运行结束,开始调用普通方法
线程名：Thread-2，普通方法，运行开始
线程：Thread-2，普通方法，运行结束
测试结束
1234567891011

结果分析：

我们可以看出，普通方法被两个线程并行执行，不是线程安全的。这是为什么呢？

因为如果非同步方法，有任何其他线程直接调用，而不是仅在调用同步方法时，才调用非同步方法，此时会出现多个线程并行执行非同步方法的情况，线程就不安全了。

对于同步方法中调用非同步方法时，要想保证线程安全，就必须保证非同步方法的入口，仅出现在同步方法中。但这种控制方式不够优雅，若被不明情况的人直接调用非同步方法，就会导致原有的线程同步不再安全。所以不推荐大家在项目中这样使用，但我们要理解这种情况，并且我们要用语义明确的、让人一看就知道这是同步方法的方式，来处理线程安全的问题。

所以，最简单的方式，是在非同步方法上，也加上synchronized关键字，使其变成一个同步方法，这样就变成了《场景五：两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法》，这种场景下，大家就很清楚的看到，同一个对象中的两个同步方法，不管哪个线程调用，都是线程安全的了。

所以结论是：

两个线程访问同一个对象中的同步方法，同步方法又调用一个非同步方法，仅在没有其他线程直接调用非同步方法的情况下，是线程安全的。若有其他线程直接调用非同步方法，则是线程不安全的。
1

场景六：两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法

这个场景也是在探讨对象锁的作用范围，对象锁的作用范围是对象中的所有同步方法。所以，当访问同一个对象中的多个同步方法时，结论是：

两个线程同时访问同一个对象的不同的同步方法时，是线程安全的。
1
public class Condition5 implements Runnable {
 static Condition5 instance = new Condition5();

 @Override
 public void run() {
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) {
   //线程0,执行同步方法method0()
   method0();
  }
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) {
   //线程1,执行同步方法method1()
   method1();
  }
 }

 private synchronized void method0() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法0，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法0，运行结束");
 }

 private synchronized void method1() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法1，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，同步方法1，运行结束");
 }

 //运行结果:串行
 public static void main(String[] args) {
  Thread thread1 = new Thread(instance);
  Thread thread2 = new Thread(instance);
  thread1.start();
  thread2.start();
  while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
  }
  System.out.println("测试结束");
 }
}
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运行结果：

是线程安全的。

线程名：Thread-1，同步方法1，运行开始
线程：Thread-1，同步方法1，运行结束
线程名：Thread-0，同步方法0，运行开始
线程：Thread-0，同步方法0，运行结束
测试结束
12345

结果分析：

两个方法（method0()和method1()）的synchronized修饰符，虽没有指定锁对象，但默认锁对象为this对象为锁对象，所以对于同一个实例（instance），两个线程拿到的锁是同一把锁，此时同步方法会串行执行。这也是synchronized关键字的可重入性的一种体现。

场景七：两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法

这种场景的本质也是在探讨两个线程获取的是不是同一把锁的问题。静态synchronized方法属于类锁，锁对象是（*.class）对象，非静态synchronized方法属于对象锁中的方法锁，锁对象是this对象。两个线程拿到的是不同的锁，自然不会相互影响。结论：

两个线程分别同时访问静态synchronized和非静态synchronized方法，线程不安全。
1

代码实现：

public class Condition6 implements Runnable {
 static Condition6 instance = new Condition6();

 @Override
 public void run() {
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) {
   //线程0,执行静态同步方法method0()
   method0();
  }
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) {
   //线程1,执行非静态同步方法method1()
   method1();
  }
 }

 // 重点：用static synchronized 修饰的方法，属于类锁，锁对象为（*.class）对象。
 private static synchronized void method0() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，静态同步方法0，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，静态同步方法0，运行结束");
 }

 // 重点：synchronized 修饰的方法，属于方法锁，锁对象为（this）对象。
 private synchronized void method1() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，非静态同步方法1，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，非静态同步方法1，运行结束");
 }

 //运行结果:并行
 public static void main(String[] args) {
  //问题原因： 线程1的锁是类锁（*.class）对象，线程2的锁是方法锁（this）对象,两个线程的锁不一样，自然不会互相影响，所以会并行执行。
  Thread thread1 = new Thread(instance);
  Thread thread2 = new Thread(instance);
  thread1.start();
  thread2.start();
  while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
  }
  System.out.println("测试结束");
 }
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运行结果：

线程名：Thread-0，静态同步方法0，运行开始
线程名：Thread-1，非静态同步方法1，运行开始
线程：Thread-1，非静态同步方法1，运行结束
线程：Thread-0，静态同步方法0，运行结束
测试结束
12345

场景八：同步方法抛出异常后，JVM会自动释放锁的情况

本场景探讨的是synchronized释放锁的场景：

只有当同步方法执行完或执行时抛出异常这两种情况，才会释放锁。
1

所以，在一个线程的同步方法中出现异常的时候，会释放锁，另一个线程得到锁，继续执行。而不会出现一个线程抛出异常后，另一个线程一直等待获取锁的情况。这是因为JVM在同步方法抛出异常的时候，会自动释放锁对象。

代码实现：

public class Condition7 implements Runnable {

 private static Condition7 instance = new Condition7();

 @Override
 public void run() {
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-0")) {
   //线程0,执行抛异常方法method0()
   method0();
  }
  if (Thread.currentThread().getName().equals("Thread-1")) {
   //线程1,执行正常方法method1()
   method1();
  }
 }

 private synchronized void method0() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  //同步方法中，当抛出异常时，JVM会自动释放锁，不需要手动释放，其他线程即可获取到该锁
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，抛出异常，释放锁");
  throw new RuntimeException();

 }

 private synchronized void method1() {
  System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行开始");
  try {
   Thread.sleep(4000);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "，运行结束");
 }

 public static void main(String[] args) {
  Thread thread1 = new Thread(instance);
  Thread thread2 = new Thread(instance);
  thread1.start();
  thread2.start();
  while (thread1.isAlive() || thread2.isAlive()) {
  }
  System.out.println("测试结束");
 }

}
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

运行结果：

线程名：Thread-0，运行开始
线程名：Thread-0，抛出异常，释放锁
线程名：Thread-1，运行开始
Exception in thread "Thread-0" java.lang.RuntimeException
 at com.study.synchronize.conditions.Condition7.method0(Condition7.java:34)
 at com.study.synchronize.conditions.Condition7.run(Condition7.java:17)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
线程：Thread-1，运行结束
测试结束
123456789

结果分析：

可以看出线程还是串行执行的，说明是线程安全的。而且出现异常后，不会造成死锁现象，JVM会自动释放出现异常线程的锁对象，其他线程获取锁继续执行。

总结

本文总结了并用代码实现和验证了synchronized各种使用场景，以及各种场景发生的原因和结论。我们分析的理论基础都是synchronized关键字的锁对象究竟是谁？多个线程之间竞争的是否是同一把锁？根据这个条件来判断线程是否是安全的。所以，有了这些场景的分析锻炼后，我们在以后使用多线程编程时，也可以通过分析锁对象的方式，判断出线程是否是安全的，从而避免此类问题的出现。

小编总结了2020面试题，这份面试题的包含的模块分为19个模块，分别是： Java 基础、容器、多线程、反射、对象拷贝、Java Web 、异常、网络、设计模式、Spring/Spring MVC、Spring Boot/Spring Cloud、Hibernate、MyBatis、RabbitMQ、Kafka、Zookeeper、MySQL、Redis、JVM 。

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原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

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