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同步方法

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我们知道Java程序依靠synchronized对线程进行同步,使用synchronized的时候,锁住的是哪个对象非常重要。

让线程自己选择锁对象往往会使得代码逻辑混乱,也不利于封装。更好的方法是把synchronized逻辑封装起来。例如,我们编写一个计数器如下:

public class Counter {
    private int count = 0;

    public void add(int n) {
        synchronized(this) {
            count += n;
        }
    }

    public void dec(int n) {
        synchronized(this) {
            count += n;
        }
    }

    public int get() {
        return count;
    }
}

这样一来,线程调用add()dec()方法时,它不必关心同步逻辑,因为synchronized代码块在add()dec()方法内部。并且,我们注意到,synchronized锁住的对象是this,即当前实例,这又使得创建多个Counter实例的时候,它们之间互不影响,可以并发执行:

var c1 = Counter();
var c2 = Counter();

// 对c1进行操作的线程:
new Thread(() -> {
    c1.add();
}).start();
new Thread(() -> {
    c1.dec();
}).start();

// 对c2进行操作的线程:
new Thread(() -> {
    c2.add();
}).start();
new Thread(() -> {
    c2.dec();
}).start();

现在,对于Counter类,多线程可以正确调用。

如果一个类被设计为允许多线程正确访问,我们就说这个类就是“线程安全”的(thread-safe),上面的Counter类就是线程安全的。Java标准库的java.lang.StringBuffer也是线程安全的。

还有一些不变类,例如StringIntegerLocalDate,它们的所有成员变量都是final,多线程同时访问时只能读不能写,这些不变类也是线程安全的。

最后,类似Math这些只提供静态方法,没有成员变量的类,也是线程安全的。

除了上述几种少数情况,大部分类,例如ArrayList,都是非线程安全的类,我们不能在多线程中修改它们。但是,如果所有线程都只读取,不写入,那么ArrayList是可以安全地在线程间共享的。

没有特殊说明时,一个类默认是非线程安全的。

我们再观察Counter的代码:

public class Counter {
    public void add(int n) {
        synchronized(this) {
            count += n;
        }
    }
    ...
}

当我们锁住的是this实例时,实际上可以用synchronized修饰这个方法。下面两种写法是等价的:

public void add(int n) {
    synchronized(this) { // 锁住this
        count += n;
    } // 解锁
}
public synchronized void add(int n) { // 锁住this
    count += n;
} // 解锁

因此,用synchronized修饰的方法就是同步方法,它表示整个方法都必须用this实例加锁。

我们再思考一下,如果对一个静态方法添加synchronized修饰符,它锁住的是哪个对象?

public synchronized static void test(int n) {
    ...
}

对于static方法,是没有this实例的,因为static方法是针对类而不是实例。但是我们注意到任何一个类都有一个由JVM自动创建的Class实例,因此,对static方法添加synchronized,锁住的是该类的class实例。上述synchronized static方法实际上相当于:

public class Counter {
    public static void test(int n) {
        synchronized(Counter.class) {
            ...
        }
    }
}

我们再考察Counterget()方法:

public class Counter {
    private int count;

    public int get() {
        return count;
    }
    ...
}

它没有同步,因为读一个int变量不需要同步。

然而,如果我们把代码稍微改一下,返回一个包含两个int的对象:

public class Counter {
    private int first;
    private int last;

    public Pair get() {
        Pair p = new Pair();
        p.first = first;
        p.last = last;
        return p;
    }
    ...
}

就必须要同步了。

小结

synchronized修饰方法可以把整个方法变为同步代码块,synchronized方法加锁对象是this

通过合理的设计和数据封装可以让一个类变为“线程安全”;

一个类没有特殊说明,默认不是thread-safe;

多线程能否安全访问某个非线程安全的实例,需要具体问题具体分析。


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