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java多线程系类:基础篇:04synchronized关键字

时间:2017-01-03 23:52:18      阅读:63      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:运行时   dex   多线程   线程等待   sync   pyc   run   新建   void   

概要

本章,会对synchronized关键字进行介绍。涉及到的内容包括:
1. synchronized原理
2. synchronized基本规则
3. synchronized方法 和 synchronized代码块
4. 实例锁 和 全局锁

转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3479202.html

 

1. synchronized原理

在java中,每一个对象有且仅有一个同步锁。这也意味着,同步锁是依赖于对象而存在。
当我们调用某对象的synchronized方法时,就获取了该对象的同步锁。例如,synchronized(obj)就获取了“obj这个对象”的同步锁。
不同线程对同步锁的访问是互斥的。也就是说,某时间点,对象的同步锁只能被一个线程获取到!通过同步锁,我们就能在多线程中,实现对“对象/方法”的互斥访问。 例如,现在有两个线程A和线程B,它们都会访问“对象obj的同步锁”。假设,在某一时刻,线程A获取到“obj的同步锁”并在执行一些操作;而此时,线程B也企图获取“obj的同步锁” —— 线程B会获取失败,它必须等待,直到线程A释放了“该对象的同步锁”之后线程B才能获取到“obj的同步锁”从而才可以运行。

 

2. synchronized基本规则

我们将synchronized的基本规则总结为下面3条,并通过实例对它们进行说明。
第一条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
第二条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块
第三条: 当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。

第一条

当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的该“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。

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 1 class MyRunable implements Runnable {
 2     
 3     @Override
 4     public void run() {
 5         synchronized(this) {
 6             try {  
 7                 for (int i = 0; i < 5; i++) {
 8                     Thread.sleep(100); // 休眠100ms
 9                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);  
10                 }
11             } catch (InterruptedException ie) {  
12             }
13         }  
14     }
15 }
16 
17 public class Demo1_1 {
18 
19     public static void main(String[] args) {  
20         Runnable demo = new MyRunable();     // 新建“Runnable对象”
21 
22         Thread t1 = new Thread(demo, "t1");  // 新建“线程t1”, t1是基于demo这个Runnable对象
23         Thread t2 = new Thread(demo, "t2");  // 新建“线程t2”, t2是基于demo这个Runnable对象
24         t1.start();                          // 启动“线程t1”
25         t2.start();                          // 启动“线程t2” 
26     } 
27 }
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运行结果

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t1 loop 0
t1 loop 1
t1 loop 2
t1 loop 3
t1 loop 4
t2 loop 0
t2 loop 1
t2 loop 2
t2 loop 3
t2 loop 4
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结果说明
run()方法中存在“synchronized(this)代码块”,而且t1和t2都是基于"demo这个Runnable对象"创建的线程。这就意味着,我们可以将synchronized(this)中的this看作是“demo这个Runnable对象”;因此,线程t1和t2共享“demo对象的同步锁”。所以,当一个线程运行的时候,另外一个线程必须等待“运行线程”释放“demo的同步锁”之后才能运行。

如果你确认,你搞清楚这个问题了。那我们将上面的代码进行修改,然后再运行看看结果怎么样,看看你是否会迷糊。修改后的源码如下:

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 1 class MyThread extends Thread {
 2     
 3     public MyThread(String name) {
 4         super(name);
 5     }
 6 
 7     @Override
 8     public void run() {
 9         synchronized(this) {
10             try {  
11                 for (int i = 0; i < 5; i++) {
12                     Thread.sleep(100); // 休眠100ms
13                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);  
14                 }
15             } catch (InterruptedException ie) {  
16             }
17         }  
18     }
19 }
20 
21 public class Demo1_2 {
22 
23     public static void main(String[] args) {  
24         Thread t1 = new MyThread("t1");  // 新建“线程t1”
25         Thread t2 = new MyThread("t2");  // 新建“线程t2”
26         t1.start();                          // 启动“线程t1”
27         t2.start();                          // 启动“线程t2” 
28     } 
29 }
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代码说明
比较Demo1_2 和 Demo1_1,我们发现,Demo1_2中的MyThread类是直接继承于Thread,而且t1和t2都是MyThread子线程。
幸运的是,在“Demo1_2的run()方法”也调用了synchronized(this),正如“Demo1_1的run()方法”也调用了synchronized(this)一样!
那么,Demo1_2的执行流程是不是和Demo1_1一样呢?
运行结果:

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t1 loop 0
t2 loop 0
t1 loop 1
t2 loop 1
t1 loop 2
t2 loop 2
t1 loop 3
t2 loop 3
t1 loop 4
t2 loop 4
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结果说明
如果这个结果一点也不令你感到惊讶,那么我相信你对synchronized和this的认识已经比较深刻了。否则的话,请继续阅读这里的分析。
synchronized(this)中的this是指“当前的类对象”,即synchronized(this)所在的类对应的当前对象。它的作用是获取“当前对象的同步锁”。
对于Demo1_2中,synchronized(this)中的this代表的是MyThread对象,而t1和t2是两个不同的MyThread对象,因此t1和t2在执行synchronized(this)时,获取的是不同对象的同步锁。对于Demo1_1对而言,synchronized(this)中的this代表的是MyRunable对象;t1和t2共同一个MyRunable对象,因此,一个线程获取了对象的同步锁,会造成另外一个线程等待。

 

第二条

当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程仍然可以访问“该对象”的非同步代码块。
下面是“synchronized代码块”对应的演示程序。

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 1 class Count {
 2 
 3     // 含有synchronized同步块的方法
 4     public void synMethod() {
 5         synchronized(this) {
 6             try {  
 7                 for (int i = 0; i < 5; i++) {
 8                     Thread.sleep(100); // 休眠100ms
 9                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);  
10                 }
11             } catch (InterruptedException ie) {  
12             }
13         }  
14     }
15 
16     // 非同步的方法
17     public void nonSynMethod() {
18         try {  
19             for (int i = 0; i < 5; i++) {
20                 Thread.sleep(100);
21                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);  
22             }
23         } catch (InterruptedException ie) {  
24         }
25     }
26 }
27 
28 public class Demo2 {
29 
30     public static void main(String[] args) {  
31         final Count count = new Count();
32         // 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法
33         Thread t1 = new Thread(
34                 new Runnable() {
35                     @Override
36                     public void run() {
37                         count.synMethod();
38                     }
39                 }, "t1");
40 
41         // 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法
42         Thread t2 = new Thread(
43                 new Runnable() {
44                     @Override
45                     public void run() {
46                         count.nonSynMethod();
47                     }
48                 }, "t2");  
49 
50 
51         t1.start();  // 启动t1
52         t2.start();  // 启动t2
53     } 
54 }
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运行结果

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t1 synMethod loop 0
t2 nonSynMethod loop 0
t1 synMethod loop 1
t2 nonSynMethod loop 1
t1 synMethod loop 2
t2 nonSynMethod loop 2
t1 synMethod loop 3
t2 nonSynMethod loop 3
t1 synMethod loop 4
t2 nonSynMethod loop 4
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结果说明
主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1会调用count对象的synMethod()方法,该方法内含有同步块;而t2则会调用count对象的nonSynMethod()方法,该方法不是同步方法。t1运行时,虽然调用synchronized(this)获取“count的同步锁”;但是并没有造成t2的阻塞,因为t2没有用到“count”同步锁。

 

第三条

当一个线程访问“某对象”的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”时,其他线程对“该对象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代码块”的访问将被阻塞。
我们将上面的例子中的nonSynMethod()方法体的也用synchronized(this)修饰。修改后的源码如下:

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 1 class Count {
 2 
 3     // 含有synchronized同步块的方法
 4     public void synMethod() {
 5         synchronized(this) {
 6             try {  
 7                 for (int i = 0; i < 5; i++) {
 8                     Thread.sleep(100); // 休眠100ms
 9                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);  
10                 }
11             } catch (InterruptedException ie) {  
12             }
13         }  
14     }
15 
16     // 也包含synchronized同步块的方法
17     public void nonSynMethod() {
18         synchronized(this) {
19             try {  
20                 for (int i = 0; i < 5; i++) {
21                     Thread.sleep(100);
22                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);  
23                 }
24             } catch (InterruptedException ie) {  
25             }
26         }
27     }
28 }
29 
30 public class Demo3 {
31 
32     public static void main(String[] args) {  
33         final Count count = new Count();
34         // 新建t1, t1会调用“count对象”的synMethod()方法
35         Thread t1 = new Thread(
36                 new Runnable() {
37                     @Override
38                     public void run() {
39                         count.synMethod();
40                     }
41                 }, "t1");
42 
43         // 新建t2, t2会调用“count对象”的nonSynMethod()方法
44         Thread t2 = new Thread(
45                 new Runnable() {
46                     @Override
47                     public void run() {
48                         count.nonSynMethod();
49                     }
50                 }, "t2");  
51 
52 
53         t1.start();  // 启动t1
54         t2.start();  // 启动t2
55     } 
56 }
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运行结果

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t1 synMethod loop 0
t1 synMethod loop 1
t1 synMethod loop 2
t1 synMethod loop 3
t1 synMethod loop 4
t2 nonSynMethod loop 0
t2 nonSynMethod loop 1
t2 nonSynMethod loop 2
t2 nonSynMethod loop 3
t2 nonSynMethod loop 4
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结果说明
主线程中新建了两个子线程t1和t2。t1和t2运行时都调用synchronized(this),这个this是Count对象(count),而t1和t2共用count。因此,在t1运行时,t2会被阻塞,等待t1运行释放“count对象的同步锁”,t2才能运行。

 

3. synchronized方法 和 synchronized代码块

“synchronized方法”是用synchronized修饰方法,而 “synchronized代码块”则是用synchronized修饰代码块。

synchronized方法示例

public synchronized void foo1() {
    System.out.println("synchronized methoed");
}

synchronized代码块

public void foo2() {
    synchronized (this) {
        System.out.println("synchronized methoed");
    }
}

synchronized代码块中的this是指当前对象。也可以将this替换成其他对象,例如将this替换成obj,则foo2()在执行synchronized(obj)时就获取的是obj的同步锁。


synchronized代码块可以更精确的控制冲突限制访问区域,有时候表现更高效率。下面通过一个示例来演示:

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 1 // Demo4.java的源码
 2 public class Demo4 {
 3 
 4     public synchronized void synMethod() {
 5         for(int i=0; i<1000000; i++)
 6             ;
 7     }
 8 
 9     public void synBlock() {
10         synchronized( this ) {
11             for(int i=0; i<1000000; i++)
12                 ;
13         }
14     }
15 
16     public static void main(String[] args) {
17         Demo4 demo = new Demo4();
18 
19         long start, diff;
20         start = System.currentTimeMillis();                // 获取当前时间(millis)
21         demo.synMethod();                                // 调用“synchronized方法”
22         diff = System.currentTimeMillis() - start;        // 获取“时间差值”
23         System.out.println("synMethod() : "+ diff);
24         
25         start = System.currentTimeMillis();                // 获取当前时间(millis)
26         demo.synBlock();                                // 调用“synchronized方法块”
27         diff = System.currentTimeMillis() - start;        // 获取“时间差值”
28         System.out.println("synBlock()  : "+ diff);
29     }
30 }
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(某一次)执行结果

synMethod() : 11
synBlock() : 3

 

4. 实例锁 和 全局锁

实例锁 -- 锁在某一个实例对象上。如果该类是单例,那么该锁也具有全局锁的概念。
               实例锁对应的就是synchronized关键字。
全局锁 -- 该锁针对的是类,无论实例多少个对象,那么线程都共享该锁。
               全局锁对应的就是static synchronized(或者是锁在该类的class或者classloader对象上)。

关于“实例锁”和“全局锁”有一个很形象的例子:

pulbic class Something {
    public synchronized void isSyncA(){}
    public synchronized void isSyncB(){}
    public static synchronized void cSyncA(){}
    public static synchronized void cSyncB(){}
}

假设,Something有两个实例x和y。分析下面4组表达式获取的锁的情况。
(01) x.isSyncA()与x.isSyncB() 
(02) x.isSyncA()与y.isSyncA()
(03) x.cSyncA()与y.cSyncB()
(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA()

(01) 不能被同时访问。因为isSyncA()和isSyncB()都是访问同一个对象(对象x)的同步锁!

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 1 // LockTest1.java的源码
 2 class Something {
 3     public synchronized void isSyncA(){
 4         try {  
 5             for (int i = 0; i < 5; i++) {
 6                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
 7                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
 8             }
 9         }catch (InterruptedException ie) {  
10         }  
11     }
12     public synchronized void isSyncB(){
13         try {  
14             for (int i = 0; i < 5; i++) {
15                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17             }
18         }catch (InterruptedException ie) {  
19         }  
20     }
21 }
22 
23 public class LockTest1 {
24 
25     Something x = new Something();
26     Something y = new Something();
27 
28     // 比较(01) x.isSyncA()与x.isSyncB() 
29     private void test1() {
30         // 新建t11, t11会调用 x.isSyncA()
31         Thread t11 = new Thread(
32                 new Runnable() {
33                     @Override
34                     public void run() {
35                         x.isSyncA();
36                     }
37                 }, "t11");
38 
39         // 新建t12, t12会调用 x.isSyncB()
40         Thread t12 = new Thread(
41                 new Runnable() {
42                     @Override
43                     public void run() {
44                         x.isSyncB();
45                     }
46                 }, "t12");  
47 
48 
49         t11.start();  // 启动t11
50         t12.start();  // 启动t12
51     }
52 
53     public static void main(String[] args) {
54         LockTest1 demo = new LockTest1();
55         demo.test1();
56     }
57 }
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运行结果

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t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
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(02) 可以同时被访问。因为访问的不是同一个对象的同步锁,x.isSyncA()访问的是x的同步锁,而y.isSyncA()访问的是y的同步锁。

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 1 // LockTest2.java的源码
 2 class Something {
 3     public synchronized void isSyncA(){
 4         try {  
 5             for (int i = 0; i < 5; i++) {
 6                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
 7                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
 8             }
 9         }catch (InterruptedException ie) {  
10         }  
11     }
12     public synchronized void isSyncB(){
13         try {  
14             for (int i = 0; i < 5; i++) {
15                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17             }
18         }catch (InterruptedException ie) {  
19         }  
20     }
21     public static synchronized void cSyncA(){
22         try {  
23             for (int i = 0; i < 5; i++) {
24                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
25                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
26             } 
27         }catch (InterruptedException ie) {  
28         }  
29     }
30     public static synchronized void cSyncB(){
31         try {  
32             for (int i = 0; i < 5; i++) {
33                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
34                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
35             } 
36         }catch (InterruptedException ie) {  
37         }  
38     }
39 }
40 
41 public class LockTest2 {
42 
43     Something x = new Something();
44     Something y = new Something();
45 
46     // 比较(02) x.isSyncA()与y.isSyncA()
47     private void test2() {
48         // 新建t21, t21会调用 x.isSyncA()
49         Thread t21 = new Thread(
50                 new Runnable() {
51                     @Override
52                     public void run() {
53                         x.isSyncA();
54                     }
55                 }, "t21");
56 
57         // 新建t22, t22会调用 x.isSyncB()
58         Thread t22 = new Thread(
59                 new Runnable() {
60                     @Override
61                     public void run() {
62                         y.isSyncA();
63                     }
64                 }, "t22");  
65 
66 
67         t21.start();  // 启动t21
68         t22.start();  // 启动t22
69     }
70 
71     public static void main(String[] args) {
72         LockTest2 demo = new LockTest2();
73 
74         demo.test2();
75     }
76 }
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运行结果

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t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
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(03) 不能被同时访问。因为cSyncA()和cSyncB()都是static类型,x.cSyncA()相当于Something.isSyncA(),y.cSyncB()相当于Something.isSyncB(),因此它们共用一个同步锁,不能被同时反问。

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 1 // LockTest3.java的源码
 2 class Something {
 3     public synchronized void isSyncA(){
 4         try {  
 5             for (int i = 0; i < 5; i++) {
 6                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
 7                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
 8             }
 9         }catch (InterruptedException ie) {  
10         }  
11     }
12     public synchronized void isSyncB(){
13         try {  
14             for (int i = 0; i < 5; i++) {
15                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17             }
18         }catch (InterruptedException ie) {  
19         }  
20     }
21     public static synchronized void cSyncA(){
22         try {  
23             for (int i = 0; i < 5; i++) {
24                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
25                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
26             } 
27         }catch (InterruptedException ie) {  
28         }  
29     }
30     public static synchronized void cSyncB(){
31         try {  
32             for (int i = 0; i < 5; i++) {
33                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
34                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
35             } 
36         }catch (InterruptedException ie) {  
37         }  
38     }
39 }
40 
41 public class LockTest3 {
42 
43     Something x = new Something();
44     Something y = new Something();
45 
46     // 比较(03) x.cSyncA()与y.cSyncB()
47     private void test3() {
48         // 新建t31, t31会调用 x.isSyncA()
49         Thread t31 = new Thread(
50                 new Runnable() {
51                     @Override
52                     public void run() {
53                         x.cSyncA();
54                     }
55                 }, "t31");
56 
57         // 新建t32, t32会调用 x.isSyncB()
58         Thread t32 = new Thread(
59                 new Runnable() {
60                     @Override
61                     public void run() {
62                         y.cSyncB();
63                     }
64                 }, "t32");  
65 
66 
67         t31.start();  // 启动t31
68         t32.start();  // 启动t32
69     }
70 
71     public static void main(String[] args) {
72         LockTest3 demo = new LockTest3();
73 
74         demo.test3();
75     }
76 }
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运行结果

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t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
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(04) 可以被同时访问。因为isSyncA()是实例方法,x.isSyncA()使用的是对象x的锁;而cSyncA()是静态方法,Something.cSyncA()可以理解对使用的是“类的锁”。因此,它们是可以被同时访问的。

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 1 // LockTest4.java的源码
 2 class Something {
 3     public synchronized void isSyncA(){
 4         try {  
 5             for (int i = 0; i < 5; i++) {
 6                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
 7                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
 8             }
 9         }catch (InterruptedException ie) {  
10         }  
11     }
12     public synchronized void isSyncB(){
13         try {  
14             for (int i = 0; i < 5; i++) {
15                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
16                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
17             }
18         }catch (InterruptedException ie) {  
19         }  
20     }
21     public static synchronized void cSyncA(){
22         try {  
23             for (int i = 0; i < 5; i++) {
24                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
25                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
26             } 
27         }catch (InterruptedException ie) {  
28         }  
29     }
30     public static synchronized void cSyncB(){
31         try {  
32             for (int i = 0; i < 5; i++) {
33                 Thread.sleep(100); // 休眠100ms
34                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
35             } 
36         }catch (InterruptedException ie) {  
37         }  
38     }
39 }
40 
41 public class LockTest4 {
42 
43     Something x = new Something();
44     Something y = new Something();
45 
46     // 比较(04) x.isSyncA()与Something.cSyncA()
47     private void test4() {
48         // 新建t41, t41会调用 x.isSyncA()
49         Thread t41 = new Thread(
50                 new Runnable() {
51                     @Override
52                     public void run() {
53                         x.isSyncA();
54                     }
55                 }, "t41");
56 
57         // 新建t42, t42会调用 x.isSyncB()
58         Thread t42 = new Thread(
59                 new Runnable() {
60                     @Override
61                     public void run() {
62                         Something.cSyncA();
63                     }
64                 }, "t42");  
65 
66 
67         t41.start();  // 启动t41
68         t42.start();  // 启动t42
69     }
70 
71     public static void main(String[] args) {
72         LockTest4 demo = new LockTest4();
73 
74         demo.test4();
75     }
76 }
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t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
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java多线程系类:基础篇:04synchronized关键字

标签:运行时   dex   多线程   线程等待   sync   pyc   run   新建   void   

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