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【Java】synchronized 基础线程安全

article 2024/9/20 15:46:53

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在多线程编程中，线程安全是一个至关重要的概念。Java 提供了多种机制来处理线程安全问题，其中 synchronized 关键字是最常用和最基础的一种。本文将介绍线程安全问题的原因，并解释 synchronized 关键字如何帮助解决这些问题。

线程安全问题通常发生在多个线程同时访问和修改共享数据时，如果没有适当的同步机制，就可能导致数据不一致、程序崩溃或其他不可预测的行为。以下是一些具体的原因:

线程安全问题的原因

共享资源竞争：当多个线程同时访问和修改同一个资源（如变量、数据结构等），而没有适当的同步措施，就可能产生竞争条件（Race Condition）。
不可预测的执行顺序：由于线程调度的不确定性，线程的执行顺序可能与程序员的预期不符，导致程序行为异常。
内存可见性问题：在没有同步的情况下，一个线程对共享变量的修改可能不会立即对其他线程可见，这可能导致其他线程读取到过时的数据。

synchronized 关键字的工作原理

synchronized 是 Java 提供的一种内置的同步机制，它可以用来修饰方法或代码块。当一个线程访问被 synchronized 修饰的方法或代码块时，它会获取一个锁，这个锁通常与对象关联。如果其他线程已经持有该锁，那么它们将被阻塞，直到锁被释放。

synchronized使用实例

实例 1：同步方法

public class Counter {
    private int count = 0;

    // 同步方法
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Final count: " + counter.getCount());
    }
}

在这个实例中，increment 方法被 synchronized 关键字修饰，确保了每次只有一个线程可以执行这个方法，从而保证了 count 变量的线程安全。

实例 2：同步静态方法

public class Counter {
    private static int count = 0;

    // 同步静态方法
    public static synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public static int getCount() {
        return count;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                Counter.increment();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                Counter.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Final count: " + Counter.getCount());
    }
}

在这个实例中，increment 方法被声明为 static synchronized，这意味着它是针对类的所有实例共享的 count 变量进行同步的。