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摘 要：Java多线程同步机制的应用有利于提高系统资源的利用率，改善系统的安全性。但是在多线程中最重要的问题是线程的同步和共享资源的访问保护。本文通过具有意义的售票系统的并发同步实例，对同步进行了探索。
关键词：Java 多线程 同步
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）03（a）-0183-02
至今，随着计算机技术的飞速发展和互联网的大面积普及，多处理器计算机已经司空见惯，在这种前景下，Java虚拟机（JVM）提供了一个多线程机制。在Java语言的编程设计中使用多线程运行机制来支持多任务和并行处理，可以让在同一地址空间中执行多控制流，显著的提高程序效率。但是线程的同步问题和共享资源的访问保护是非常复杂的问题。
1 线程的同步机制
多线程的应用程序中，两个或两个以上的线程可以共享同一片存储空间，这带来方便的同时，也导致线程共享资源发生冲突，此时我们可以使用Java语言提供的同步机制（又叫互斥锁机制）来解决此冲突问题。该同步机制是使用synchronized关键字控制一段程序代码，这代码段称为互斥区或临界区。定义临界区的目的是在任一时间只有一个线程使用共享资源，保证多线程的并发执行。Java语言的每个对象（即类实例）都对应一把锁（Lock），临界区使用锁来互斥多线程进入临界区。每次只有一个线程获得锁进入临界区，其它没有获得锁的线程必须在就绪队列中等待，直到该锁被释放。synchronized关键字的使用方式有synchronized方法和块两种。
（1）synchronized方法：将访问共享资源的方法都标记为synchronized，然后该标记的方法来控制对类成员变量的访问。类实例和锁是一一对应的，当获得需要调用synchronized方法的类实例锁时，synchronized方法才可以执行，而且它开始执行直到完毕为止独占锁。这时其它调用synchronized方法的线程进入阻塞，一直到获得释放锁为止。定义同步方法语法格式如下：
public synchronized void 方法名（参数列表）{
…//省略代码
}
（2）synchronized块：java语言中除了使用synchronized方法来设置同步，还可以使用synchronized块来设置同步。如果使用前者来修饰一个比较大的方法时，也会锁住了不需要锁住的字段，导致程序运行效率降低。后者是把程序的某段代码使用synchronized块来修饰，跟前者比它可以减少程序的同步区域。所以我们可以使用synchronized块来修饰语句块，能够弥补synchronized方法修饰的缺陷。定义同步块的语法格式如下：
synchronized（表达式）//表达式的结果是当前对象{
…//省略代码
}
从以上两种方法能够看出，关键字synchronized用来与对象的锁联系，当某个对象使用synchronized修饰时就意味着同步机制已启动，任一时刻只有让一个线程访问临界区资源，阻止其他线程访问该对象，即使出现阻塞和死锁现象，该对象的被锁定状态也不会解除。
2 同步机制在售票系统的实现
在现实生活当中也经常遇到多个线程共享同一个数据资源，典型的例子是火车票售票系统，来讲解线程共享资源。假设在售票厅内设10个售票窗口，每个售票窗口相当于一个线程，这些线程的共同访问资源为售票厅的100张票。若不设置同步机制代码如下：
public class Ticket {
public static void main（String[] args） {
Sell_Ticket st = new Sell_Ticket（）；//创建10个线程，每个线程代表一个售票口
for （int i = 0； i < 10； i++） new Thread（st， "第" + i + "个窗口"）.start（）；
}
}
class Sell_Ticket implements Runnable {
int trainTicket = 100；//预售的票数
boolean flag = false；//循环控制标志
public void run（）{
while （！flag） {// 当还有剩余票时继续售票
sellTicket（）； }
}
public void sellTicket（）{
if （trainTicket > 0） {
System.out.println（Thread.currentThread（）.getName（）+ "售票成功，剩余票数："
+ trainTicket）；
trainTicket--；
} else flag = true；
}
}
運行的结果是多个窗口同时售票，会出现剩余票数变为负数的情况，即10个线程从100张票卖到1张票的时候还没有停止卖，系统出现继续卖出负数票的现象。
下面通过Java的多线程同步机制的synchronized方法和块两种方式来分别解决以上出现的问题。为了便于观察到运行错误，特意添加Thread.sleep（10）方法，让每个线程在售票阶段睡眠10 ms。
（1）使用synchronized方法：在售票方法sellTicket（）的前面添加synchronized关键字，就相当于使用一把锁锁住该方法。修改后的程序代码如下： public synchronized void sellTicket（）{
if （trainTicket > 0） {
try {
Thread.sleep（10）；//睡眠10毫秒
} catch （InterruptedException e） {e.printStackTrace（）；}
System.out.println（Thread.currentThread（）.getName（）+ "售票成功，剩余票数："+ trainTicket）；
trainTicket--；
} else flag = true；
}
以上是使用synchronized关键字修饰sellTicket（）方法，对该方法实现了多线程的互斥访问。程序运行run（）方法以后，当判断出还有剩余票时调用被加锁的sellTicket（）方法，这时的sellTicket（）方法，在同一个时间段内只能被一个线程访问。
若synchronized关键字修饰静态方法sellTicket（），锁住的就是类本身。因为静态方法是所有类实例对象所共享的，因此线程对象在访问此静态方法时是互斥访问的，从而可以实现线程的同步。实现方法如下所示：
public static synchronized void sellTicket（） {}
（2）使用synchronized块：在程序中的if语句外面加synchronized关键字，就相当于使用一把锁锁住了这段代码。它不同于同步方法，传递一个对象进行同步。修改后的程序如下：
Object object =new Object（）；
public void run（） {
while （！flag） { // 当还有剩余票时继续售票
synchronized（object）{
if （trainTicket > 0） {
try {
Thread.sleep（10）；
} catch （InterruptedException e） {e.printStackTrace（）；}
System.out.println（Thread.currentThread（）.getName（）+ "售票成功，剩余票数："
+ trainTicket）；
trainTicket--；
} else flag = true；
}
}
}
以上是使用synchronized关键字修饰了售票代码段，对该代码段实现了多线程的互斥访问。同步块不像同步方法修饰整个方法，而修饰一段代码即可。synchronized（object）传递的是一个对象object，如果多线程想使用该对象的方法和变量，首先判断有没有加锁，若已加锁，等待锁的释放；若没有锁，先将给它加锁，然后去执行代码。在同一个时间段内只能有一个线程能够获得这把锁。
同步块的关键是多个线程对象竞争同一个共享资源即可，上面的代码中是通过外部创建共享资源，然后传递到线程中来实现。我们也可以利用类成员变量被所有类的实例所共享这一特性，因此可以将object对象用静态成员对象来实现，如下所示：
static Object object =new Object（）；
使用synchronized方法和块两种方式修改后的运行结果相同，剩余票数每次减1，从100减到0，到0时flag=true，while循环结束，即不能售票。
3 结语
Java程序中通过synchronized關键字来实现互斥访问。本文引用的售票系统，通过synchronized方法和块两种方式实现了线程的同步互斥，避免了车票售完以后还能继续售票导致数据混乱的问题。总之，合理使用多线程同步机制才能让数据资源得到安全保障。
参考文献
[1] 明日科技.Java从入门到精通[M].3版.北京：清华大学出版社，2013.
[2] 沈祥玖，李作纬.操作系统原理与应用[M].3版.北京：高等教育出版社，2013.
[3] 路勇.Java多线程同步问题分析[J].软件，2012（4）：31-33.
关键词：Java 多线程 同步
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）03（a）-0183-02
至今，随着计算机技术的飞速发展和互联网的大面积普及，多处理器计算机已经司空见惯，在这种前景下，Java虚拟机（JVM）提供了一个多线程机制。在Java语言的编程设计中使用多线程运行机制来支持多任务和并行处理，可以让在同一地址空间中执行多控制流，显著的提高程序效率。但是线程的同步问题和共享资源的访问保护是非常复杂的问题。
1 线程的同步机制
多线程的应用程序中，两个或两个以上的线程可以共享同一片存储空间，这带来方便的同时，也导致线程共享资源发生冲突，此时我们可以使用Java语言提供的同步机制（又叫互斥锁机制）来解决此冲突问题。该同步机制是使用synchronized关键字控制一段程序代码，这代码段称为互斥区或临界区。定义临界区的目的是在任一时间只有一个线程使用共享资源，保证多线程的并发执行。Java语言的每个对象（即类实例）都对应一把锁（Lock），临界区使用锁来互斥多线程进入临界区。每次只有一个线程获得锁进入临界区，其它没有获得锁的线程必须在就绪队列中等待，直到该锁被释放。synchronized关键字的使用方式有synchronized方法和块两种。
（1）synchronized方法：将访问共享资源的方法都标记为synchronized，然后该标记的方法来控制对类成员变量的访问。类实例和锁是一一对应的，当获得需要调用synchronized方法的类实例锁时，synchronized方法才可以执行，而且它开始执行直到完毕为止独占锁。这时其它调用synchronized方法的线程进入阻塞，一直到获得释放锁为止。定义同步方法语法格式如下：
public synchronized void 方法名（参数列表）{
…//省略代码
}
（2）synchronized块：java语言中除了使用synchronized方法来设置同步，还可以使用synchronized块来设置同步。如果使用前者来修饰一个比较大的方法时，也会锁住了不需要锁住的字段，导致程序运行效率降低。后者是把程序的某段代码使用synchronized块来修饰，跟前者比它可以减少程序的同步区域。所以我们可以使用synchronized块来修饰语句块，能够弥补synchronized方法修饰的缺陷。定义同步块的语法格式如下：
synchronized（表达式）//表达式的结果是当前对象{
…//省略代码
}
从以上两种方法能够看出，关键字synchronized用来与对象的锁联系，当某个对象使用synchronized修饰时就意味着同步机制已启动，任一时刻只有让一个线程访问临界区资源，阻止其他线程访问该对象，即使出现阻塞和死锁现象，该对象的被锁定状态也不会解除。
2 同步机制在售票系统的实现
在现实生活当中也经常遇到多个线程共享同一个数据资源，典型的例子是火车票售票系统，来讲解线程共享资源。假设在售票厅内设10个售票窗口，每个售票窗口相当于一个线程，这些线程的共同访问资源为售票厅的100张票。若不设置同步机制代码如下：
public class Ticket {
public static void main（String[] args） {
Sell_Ticket st = new Sell_Ticket（）；//创建10个线程，每个线程代表一个售票口
for （int i = 0； i < 10； i++） new Thread（st， "第" + i + "个窗口"）.start（）；
}
}
class Sell_Ticket implements Runnable {
int trainTicket = 100；//预售的票数
boolean flag = false；//循环控制标志
public void run（）{
while （！flag） {// 当还有剩余票时继续售票
sellTicket（）； }
}
public void sellTicket（）{
if （trainTicket > 0） {
System.out.println（Thread.currentThread（）.getName（）+ "售票成功，剩余票数："
+ trainTicket）；
trainTicket--；
} else flag = true；
}
}
運行的结果是多个窗口同时售票，会出现剩余票数变为负数的情况，即10个线程从100张票卖到1张票的时候还没有停止卖，系统出现继续卖出负数票的现象。
下面通过Java的多线程同步机制的synchronized方法和块两种方式来分别解决以上出现的问题。为了便于观察到运行错误，特意添加Thread.sleep（10）方法，让每个线程在售票阶段睡眠10 ms。
（1）使用synchronized方法：在售票方法sellTicket（）的前面添加synchronized关键字，就相当于使用一把锁锁住该方法。修改后的程序代码如下： public synchronized void sellTicket（）{
if （trainTicket > 0） {
try {
Thread.sleep（10）；//睡眠10毫秒
} catch （InterruptedException e） {e.printStackTrace（）；}
System.out.println（Thread.currentThread（）.getName（）+ "售票成功，剩余票数："+ trainTicket）；
trainTicket--；
} else flag = true；
}
以上是使用synchronized关键字修饰sellTicket（）方法，对该方法实现了多线程的互斥访问。程序运行run（）方法以后，当判断出还有剩余票时调用被加锁的sellTicket（）方法，这时的sellTicket（）方法，在同一个时间段内只能被一个线程访问。
若synchronized关键字修饰静态方法sellTicket（），锁住的就是类本身。因为静态方法是所有类实例对象所共享的，因此线程对象在访问此静态方法时是互斥访问的，从而可以实现线程的同步。实现方法如下所示：
public static synchronized void sellTicket（） {}
（2）使用synchronized块：在程序中的if语句外面加synchronized关键字，就相当于使用一把锁锁住了这段代码。它不同于同步方法，传递一个对象进行同步。修改后的程序如下：
Object object =new Object（）；
public void run（） {
while （！flag） { // 当还有剩余票时继续售票
synchronized（object）{
if （trainTicket > 0） {
try {
Thread.sleep（10）；
} catch （InterruptedException e） {e.printStackTrace（）；}
System.out.println（Thread.currentThread（）.getName（）+ "售票成功，剩余票数："
+ trainTicket）；
trainTicket--；
} else flag = true；
}
}
}
以上是使用synchronized关键字修饰了售票代码段，对该代码段实现了多线程的互斥访问。同步块不像同步方法修饰整个方法，而修饰一段代码即可。synchronized（object）传递的是一个对象object，如果多线程想使用该对象的方法和变量，首先判断有没有加锁，若已加锁，等待锁的释放；若没有锁，先将给它加锁，然后去执行代码。在同一个时间段内只能有一个线程能够获得这把锁。
同步块的关键是多个线程对象竞争同一个共享资源即可，上面的代码中是通过外部创建共享资源，然后传递到线程中来实现。我们也可以利用类成员变量被所有类的实例所共享这一特性，因此可以将object对象用静态成员对象来实现，如下所示：
static Object object =new Object（）；
使用synchronized方法和块两种方式修改后的运行结果相同，剩余票数每次减1，从100减到0，到0时flag=true，while循环结束，即不能售票。
3 结语
Java程序中通过synchronized關键字来实现互斥访问。本文引用的售票系统，通过synchronized方法和块两种方式实现了线程的同步互斥，避免了车票售完以后还能继续售票导致数据混乱的问题。总之，合理使用多线程同步机制才能让数据资源得到安全保障。
参考文献
[1] 明日科技.Java从入门到精通[M].3版.北京：清华大学出版社，2013.
[2] 沈祥玖，李作纬.操作系统原理与应用[M].3版.北京：高等教育出版社，2013.
[3] 路勇.Java多线程同步问题分析[J].软件，2012（4）：31-33.