本文主要内容：
共享变量带来的问题
如何利用Synchronized来解决共享变量造成的读写数据不一致
一、思考共享带来的问题
1.1 java中共享变量的体现
思考：两个线程对初始值为 0 的静态变量一个做自增，一个做自减，各做 5000 次，结果是 0 吗？
static int counter = 0; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 5000; i++) { counter++; } }, "t1"); Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 5000; i++) { counter--; } }, "t2"); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); log.debug("{}",counter); }
1.2 问题分析
以上的结果可能是正数、负数、零。为什么呢？因为 Java 中对静态变量的自增，自减并不是原子操作，要彻底理解，必须从字节码来进行分析
例如对于 i++ 而言（i 为静态变量），实际会产生如下的 JVM 字节码指令：
getstatic i // 获取静态变量i的值 iconst_1 // 准备常量1 iadd // 自增 putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i
而对应 i-- 也是类似：
getstatic i // 获取静态变量i的值 iconst_1 // 准备常量1 isub // 自减 putstatic i // 将修改后的值存入静态变量i
然后我们来看一下java的内存模型，是怎么来提醒自增自减操作的：
如果是单线程以上 8 行代码是顺序执行（不会交错）没有问题
但是多线程的情况下这 8 行代码可能交错运行
比如：
1.3 临界区（Critical Section）的概念
- 一个程序运行多个线程本身是没有问题的
- 问题出在多个线程访问共享资源
多个线程读共享资源其实也没有问题
在多个线程对共享资源读写操作时发生指令交错，就会出现问题 - 一段代码块内如果存在对共享资源的多线程读写操作，称这段代码块为临界区
例如，下面代码中的临界区
static int counter = 0; static void increment() // 临界区 { counter++; } static void decrement() // 临界区 { counter--; }
二、synchronized 解决方案
为了避免临界区的竞态条件发生，有多种手段可以达到目的
- 阻塞式的解决方案：synchronized，Lock
- 非阻塞式的解决方案：原子变量
本篇文章使用阻塞式的解决方案：synchronized，来解决上述问题，即俗称的【对象锁】，它采用互斥的方式让同一时刻至多只有一个线程能持有【对象锁】，其它线程再想获取这个【对象锁】时就会阻塞住。这样就能保证拥有锁的线程可以安全的执行临界区内的代码，不用担心线程上下文切换
注意
虽然 java 中互斥和同步都可以采用 synchronized 关键字来完成，但它们还是有区别的：
互斥是保证临界区的竞态条件发生，同一时刻只能有一个线程执行临界区代码
同步是由于线程执行的先后、顺序不同、需要一个线程等待其它线程运行到某个点
2.1 synchronized 语法
synchronized(对象) // 线程1， 线程2(blocked) { 临界区 }
方法上的 synchronized
class Test{ public synchronized void test() { } } 等价于 class Test{ public void test() { synchronized(this) { } } }
class Test{ public synchronized static void test() { } } 等价于 class Test{ public static void test() { synchronized(Test.class) { } } }
2.2 解决
static int counter = 0; static final Object room = new Object(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 5000; i++) { synchronized (room) { counter++; } } }, "t1"); Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < 5000; i++) { synchronized (room) { counter--; } } }, "t2"); t1.start(); t2.start(); t1.join(); t2.join(); log.debug("{}",counter); }
我们可以这样来理解：
- synchronized(对象) 中的对象，可以想象为一个房间（room），有唯一入口（门）房间只能一次进入一人进行计算，线程 t1，t2 想象成两个人
- 当线程 t1 执行到 synchronized(room) 时就好比 t1 进入了这个房间，并锁住了门拿走了钥匙，在门内执行count++ 代码
- 这时候如果 t2 也运行到了 synchronized(room) 时，它发现门被锁住了，只能在门外等待，发生了上下文切换，阻塞住了
- 这中间即使 t1 的 cpu 时间片不幸用完，被踢出了门外（不要错误理解为锁住了对象就能一直执行下去哦），这时门还是锁住的，t1 仍拿着钥匙，t2 线程还在阻塞状态进不来，只有下次轮到 t1 自己再次获得时间片时才能开门进入
- 当 t1 执行完 synchronized{} 块内的代码，这时候才会从 obj 房间出来并解开门上的锁，唤醒 t2 线程把钥匙给他。t2 线程这时才可以进入 obj 房间，锁住了门拿上钥匙，执行它的 count-- 代码
用图来表示
