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Java synchronized关键字实现线程同步

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导读：本篇文章讲解 Java synchronized关键字实现线程同步，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com

⭐写在前面⭐

🧭Java 多线程
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Java 多线程介绍及线程创建
Java 多线程七大状态
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📢今天我们进行 Java synchronized关键字实现线程同步 的学习，感谢你的阅读，内容若有不当之处，希望大家多多指正，一起进步💯！！！
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文章目录

☘️Java synchronized关键字实现线程同步

☘️多线程卖票问题

问题描述：模拟三个窗口卖火车票的问题，假定一共有100张票。
在这里插入图片描述

🍀继承Thread类的方式

因为继承Thread类的方式创建三个线程需要我们创建三个对象，所以我们需要用static关键字来修饰票的数量来保证三个线程同时卖100张票。

代码示例： 

public class SellTickets {
    public static void main(String[] args) {
        Window window1 = new Window();
        Window window2 = new Window();
        Window window3 = new Window();

        window1.setName("窗口1");
        window2.setName("窗口2");
        window3.setName("窗口3");

        window1.start();
        window2.start();
        window3.start();
    }
}

class Window extends Thread{
    private static int ticket = 100;

    @Override
    public  void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {

                try {
                    Thread.sleep(150);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票剩余：" + (--ticket));
            }else {
                System.out.println("票已售罄~~~");
                break;
            }

        }
    }
}

执行结果：
在这里插入图片描述

🍀实现Runuable接口的方式

因为实现Runnable接口的方式创建三个线程我们只需要创建一个对象，然后交给代理类，此时，三个线程用的是同一个对象，也就是保证了三个线程同时卖100张票了，因此也就不需要用static关键字来修饰票的数量了。

代码示例： 

public class SellTickets {
    public static void main(String[] args) {
        Window window = new Window();
        Thread thread1 = new Thread(window);
        Thread thread2 = new Thread(window);
        Thread thread3 = new Thread(window);

        thread1.setName("窗口1");
        thread2.setName("窗口2");
        thread3.setName("窗口3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

class Window implements Runnable {
    private int ticket = 100;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket > 0) {

                try {
                    Thread.sleep(150);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票剩余：" + (--ticket));
            } else {
                System.out.println("票已售罄~~~");
                break;
            }
        }
    }
}

执行结果：
在这里插入图片描述

🍀超卖现象解读

通过执行结果我们发现不管是用实现Thread类的方式还是用实现Runnable接口的方式创建线程，都出现了超卖的现象，显然在现实生活中这样的现象是不允许的，那么为什么会出现超卖的现象呢？

在这里插入图片描述
假如此时剩余票数为1，两个线程通过检查（1 > 0，有票）同时进入卖票的这块代码，一个线程对票数进行 -1 操作后票数变为 0 ，而此时另一个线程也需要对票数 -1 操作后变为 -1 ，也就出现了票数 超卖 的现象，也有可能出现两个线程同时卖了一张票的情况，这就是出现了线程的安全问题。

☘️线程安全问题

当多个线程同时共享一份数据的时候，就极易容易出现线程安全问题，如上述卖票过程中，出现了重票，错票。

  • 🌻问题出现的原因：当某个线程操作车票的过程中，尚未操作完成时，其他线程参与进来，也操作车票。
  • 🌻问题的解决：当一个线程在操作ticket的时候，其他线程不能参与进来。直到线程a操作完ticket时，其他线程才可以操作ticket。在这种情况下即使线程a出现了阻塞，也不能改变。 也就是通过加锁的方式来保证同一时刻内只能有同一个线程来操作。

☘️举个栗子来形象的描述线程的安全问题。

比如我们在商场试衣间试衣服，进试衣间前是不是得先看一下试衣间有没有上锁呢？如果上锁了就表明有人正在使用试衣间，得等人使用完试衣间后才能进去，进去后的第一件事也是上锁，如果不上锁就不能保证其他人不进入试衣间，上完锁后，其他人就必须等待使用完后才能进去，上锁的过程其实就类比于保证线程安全的过程。
在这里插入图片描述

☘️同步机制解决线程安全问题

同步机制解决线程安全问题需要我们用到synchronized关键字。

🍀同步代码块

同步代码块语法如下：

在这里插入图片描述
🍁 说明

  1. 被同步的代码即为操作共享数据的代码。
  2. 共享数据： 多个线程共同操作的变量。如上述示例中的ticket。
  3. 同步监视器： 俗称： 锁 。任何一个类的对象都可以充当锁。（ 要求多个线程必须要共用一把锁 ）。

🍃同步代码块处理实现Runnable接口的线程安全问题

使用同步代码块的方式解决多线程卖票的安全问题(实现Thread类的形式)。

public class SellTickets {
    public static void main(String[] args) {
        Window window = new Window();
        Thread thread1 = new Thread(window);
        Thread thread2 = new Thread(window);
        Thread thread3 = new Thread(window);

        thread1.setName("窗口1");
        thread2.setName("窗口2");
        thread3.setName("窗口3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

class Window implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            synchronized (obj) {
                if (ticket > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(150);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票剩余：" + (--ticket));
                } else {
                    System.out.println("票已售罄~~~");
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

执行结果：
在这里插入图片描述

🌴 代码解读：
在主方法中只new了一个对象（Window window = new Window();）即三个线程同时使用同一把锁，即同一个对象obj，保证了3个线程同一时刻只能有一个线程操作被同步的代码，其他线程必须阻塞，等待释放锁才能进去。
在这里插入图片描述

🍁 补充
因为实现Runnable接口的多个线程，只需要new一次对象，我们可以new一个新的对象作为同步监视器，也可以用当前对象作为同步监视器即传入this 。
在这里插入图片描述

🍃同步代码块处理继承Thread类的线程安全问题

使用同步代码块的方式解决多线程卖票的安全问题(继承Thread类的形式）。

public class SellTickets {
    public static void main(String[] args) {
        Window1 window1 = new Window1();
        Window1 window2 = new Window1();
        Window1 window3 = new Window1();

        window1.setName("窗口1");
        window2.setName("窗口2");
        window3.setName("窗口3");

        window1.start();
        window2.start();
        window3.start();
    }
}

class Window1 extends Thread {
    private static int ticket = 100;
    private static Object obj = new Object();

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            synchronized (obj) {
                if (ticket > 0) {

                    try {
                        Thread.sleep(150);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票剩余：" + (--ticket));
                } else {
                    System.out.println("票已售罄~~~");
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

执行结果：
在这里插入图片描述

🌴 代码解读：
在主方法中创建3个线程new了三个对象，此时三个线程要想使用同一把锁，即要把对象obj声明为static，保证了3个线程同一时刻只能有一个线程操作被同步的代码，其他线程必须阻塞，等待释放锁才能进去。
在这里插入图片描述

🍁 补充
因为继承Thread类的多个线程，需要new多个对象，我们可以new一个新的static对象作为同步监视器，也可以用类对象作为同步监视器，即传入当前类名.class 。
在这里插入图片描述

同步代码块解决线程安全问题的注意问题： 同步代码块不能包含多了，也不能包含少了，包含少了可能会解决不了线程安全问题，包含多了会影响执行效率，甚至还可能引发新的问题，比如上述的卖票问题中，如果把whlie语句也归结于同步代码块，就会导致只能有一个线程在卖票，其他线程完全没有机会。

🍀同步方法

同步方法：如果操作的数据代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明为同步的，仍然用synchronized关键字来修饰，语法如下：
在这里插入图片描述

🍃同步方法处理实现Runnable接口的线程安全问题

将卖票逻辑封装成一个sell方法（实现Runnable接口的形式）。

public class SellTickets03 {
    public static void main(String[] args) {
        Window3 window = new Window3();
        Thread thread1 = new Thread(window);
        Thread thread2 = new Thread(window);
        Thread thread3 = new Thread(window);

        thread1.setName("窗口1");
        thread2.setName("窗口2");
        thread3.setName("窗口3");

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}

class Window3 implements Runnable {
    private int ticket = 100;
    private Object obj = new Object();

    private synchronized void sell() {
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(150);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票剩余：" + (--ticket));
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            if (ticket <= 0) {
                System.out.println("票已售罄~~~");
                return;
            }
            sell();
        }
    }
}

执行结果：
在这里插入图片描述

🌴 代码解读：
在主方法中只new了一个对象（Window3 window = new Window3();），将sell方法用synchronized关键字来修饰，此时的同步监视器为当前对象 this ，保证了3个线程同一时刻只能有一个线程进入sell方法的代码，其他线程必须阻塞，等待释放锁才能进去。

🍃同步方法处理继承Thread类的线程安全问题

将卖票逻辑封装成一个sell方法（继承了Thread类的形式）。

public class SellTickets04 {
    public static void main(String[] args) {
        Window4 window1 = new Window4();
        Window4 window2 = new Window4();
        Window4 window3 = new Window4();

        window1.setName("窗口1");
        window2.setName("窗口2");
        window3.setName("窗口3");

        window1.start();
        window2.start();
        window3.start();
    }
}

class Window4 extends Thread {
    private static int ticket = 100;

    private static synchronized void sell() {
        if (ticket > 0) {
            try {
                Thread.sleep(150);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "卖出一张票，票剩余：" + (--ticket));
        }
    }

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            if (ticket <= 0) {
                System.out.println("票已售罄~~~");
                return;
            }
            sell();
        }
    }
}

执行结果：
在这里插入图片描述

🌴 代码解读：
在主方法中创建3个线程new了三个对象，将sell方法用static和synchronized关键字来修饰，此时的同步监视器为当前类对象，即 Window4.class 保证了3个线程同一时刻只能有一个线程进入sell方法，其他线程必须阻塞，等待释放锁才能进去。

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