详解Java多线程编程中的线程同步方法

1、多线程的同步：
1.1、同步机制：
在多线程中，可能有多个线程试图访问一个有限的资源，必须预防这种情况的发生。所以引入了同步机制：在线程使用一个资源时为其加锁，这样其他的线程便不能访问那个资源了，直到解锁后才可以访问。

1.2、共享成员变量的例子：
成员变量与局部变量：
成员变量：

如果一个变量是成员变量，那么多个线程对同一个对象的成员变量进行操作，这多个线程是共享一个成员变量的。

局部变量：

如果一个变量是局部变量，那么多个线程对同一个对象进行操作，每个线程都会有一个该局部变量的拷贝。他们之间的局部变量互不影响。

下面举例说明：
实现了Runnable的线程类：

class MyThread3 implements Runnable{
 
 //两个线程操作同一个对象，共享成员变量
 //int i;
 @Override
 public void run() {
  //两个线程操作同一个对象，各自保存局部变量的拷贝
  int i = 0;
  while(i<100){
   System.out.println(i);
   i++;
   try {
    Thread.sleep(100);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
 }
}

在main方法中用两个线程操作同一个对象：

public static void main(String[] args) {
 
 MyThread3 myThread = new MyThread3();
 //下面两个线程对同一个对象(Runnable的实现类对象)进行操作
 Thread thread = new Thread(myThread);
 Thread thread2 = new Thread(myThread);
 //各自保存局部变量的拷贝，互不影响，输出200个数字
 thread.start();
 thread2.start();
}

这里如果把i变成成员变量，则输出100个数字。

1.3、共享资源导致的读取错误
下面举个例子，两个线程共用一个Number对象，通过Number类的getNumber方法获取数据，读取数据并改写时，发现了重复读操作：

首先创建一个Number类：

class Number{
 private int number = 10;
 public String getNumber(int i){
  if(number > 0){
   try {
    Thread.sleep(100);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   number -= i;
   return "取出"+i+"成功，剩余数量："+number;
  }
  return "取出"+i+"失败，剩余数量："+number;
 }
}

线程类，在线程类中的私有属性包含了Number类的引用：

class MyThread4 extends Thread{
 
 //两个线程操作同一个对象，共享成员变量
 Number number;
 public MyThread4(Number number){
  this.number = number;
 }
 @Override
 public void run() {
  System.out.println(number.getNumber(8));
 }
}

在main函数中创建两个线程类，包含了同一个Number类实例的引用：

public static void main(String[] args) {
 
 Number number = new Number();
 //两个线程操作同一个对象，共享对象number的成员变量number
 MyThread4 myThread = new MyThread4(number);
 MyThread4 myThread2 = new MyThread4(number);
 myThread.start();
 myThread2.start();
}

这样，当第一个线程读取Number中的number变量时先保存下来再休眠0.1秒，然后第二个线程再读取number变量并保存，此时两个线程保存了同样的数字，在修改时，也就导致修改了同一个数字两次。

2、同步机制的实现：

在多线程并发编程中Synchronized一直是元老级角色，很多人都会称呼它为重量级锁，但是随着Java SE1.6对Synchronized进行了各种优化之后，有些情况下它并不那么重了”
Java中的每一个对象都可以作为锁。

对于同步方法，锁是当前实例对象。
对于静态同步方法，锁是当前对象的Class对象。
对于同步方法块，锁是Synchonized括号里配置的对象。
当一个线程试图访问同步代码块时，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。
2.1、使用synchronized关键字创建synchronized方法：
使用synchronized关键字，该关键字修饰的方法叫做同步方法。

Java中每个对象都有一个锁或者称为监视器，当访问某个对象的synchronized方法时，表示将该对象上锁，而不仅仅是为该方法上锁。

这样如果一个对象的synchronized方法被某个线程执行时，其他线程无法访问该对象的任何synchronized方法（但是可以调用其他非synchronized的方法）。直至该synchronized方法执行完。

静态的synchronized方法调用情况：
当调用一个对象的静态synchronized方法时，它锁定的并不是synchronized方法所在的对象，而是synchronized方法所在对象对应的Class对象。这样，其他线程就不能调用该类的其他静态synchronized方法了，但是可以调用非静态的synchronized方法。

结论：执行静态synchronized方法锁方法所在对象，执行非静态synchronized方法锁方法所在对象对应的Class对象。

下面是多线程调用静态的方法的例子，由于锁定了方法所在对象对应的Class对象，其他线程无法调用该方法所在对象其他的静态synchronized方法：

/**
 * 定义一个类，包含了线程类需要调用的方法
 */
class Compute1{
 //这时如果某个线程调用该方法，
 //将锁定synchronized方法所在对象对应的class对象，
 //而不是锁定synchronized方法所在对象
 public synchronized static void execute(){
  for(int i = 0; i<100; i++){
   try {
    Thread.sleep(100);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   System.out.println("compute1:execute1 " + i++);
  }
 }
 public synchronized static void execute2(){
  for(int i = 0; i<100; i++){
   try {
    Thread.sleep(100);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   System.out.println("compute1:execute2 " + i++);
  }
 }
}

main方法中两个线程分别调用同一个对象的两个static synchronized方法：

public static void main(String[] args) {
 Compute1 com = new Compute1();
 Thread thread1 = new Thread1(com);
 Thread thread2 = new Thread2(com);
 thread1.start();
 thread2.start();
}

一次只能调用一个静态方法，直到执行完成。

2.2、使用synchronized创建同步代码块：
通过使用synchronized同步代码块，锁定一个对象，该对象作为可执行的标志从而达到同步的效果：

/**
 * 定义一个类，包含了线程类需要调用的方法
 */
class Compute1{
 //通过同步代码块锁定object1对象进行锁定了其他同样的synchronized代码块
 private Object object1 = new Object();
 public void execute(){
  synchronized(object1){
   for(int i = 0; i<100; i++){
    try {
     Thread.sleep(100);
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("compute1:execute1 " + i++);
   }
  }
 
 }
 public synchronized void execute2(){
  synchronized(object1){
   for(int i = 0; i<100; i++){
    try {
     Thread.sleep(100);
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("compute1:execute2 " + i++);
   }
  }
 }
}

如果想要使用synchronized同步代码块达到和使用synchronized方法同样的效果，可以锁定this引用：

synchronized(this){
 …
}

2.3、synchronized方法和synchronized同步代码块的区别：
synchronized同步代码块只是锁定了该代码块，代码块外面的代码还是可以被访问的。

synchronized方法是粗粒度的并发控制，某一个时刻只能有一个线程执行该synchronized方法。

synchronized同步代码块是细粒度的并发控制，只会将块中的代码同步，代码块之外的代码可以被其他线程同时访问。

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