Java 多线程并发编程之 Synchronized 关键字

叁歲伎倆 2022-03-06 01:46 368阅读 0赞

synchronized 关键字解析

synchronized的4种用法  
1.方法声明时使用,放在范围操作符(public等)之后,返回类型声明(void等)之前.即一次只能有一个线程进入该方法,其他线程要想在此时调用该方法,只能排队等候,当前线程(就是在synchronized方法内部的线程)执行完该方法后,别的线程才能进入.

例如:

public synchronized void synMethod() \{

//方法体

2.对某一代码块使用,synchronized后跟括号,括号里是变量,这样,一次只有一个线程进入该代码块.例如:

public int synMethod(int a1)\{

synchronized(a1) \{

//一次只能有一个线程进入

3.synchronized后面括号里是一对象,此时,线程获得的是对象锁.例如:

public class MyThread implements Runnable \{

public static void main(String args\[\]) \{

MyThread mt = new MyThread();

Thread t1 = new Thread(mt, "t1");

Thread t2 = new Thread(mt, "t2");

Thread t3 = new Thread(mt, "t3");

Thread t4 = new Thread(mt, "t4");

Thread t5 = new Thread(mt, "t5");

Thread t6 = new Thread(mt, "t6");

t1.start();

t2.start();

t3.start();

t4.start();

t5.start();

t6.start();

public void run() \{

synchronized (this) \{

System.out.println(Thread.currentThread().getName());

对于3,如果线程进入,则得到对象锁,那么别的线程在该类所有对象上的任何操作都不能进行.在对象级使用锁通常是一种比较粗糙的方法。为什么要将整个对象都上锁，而不允许其他线程短暂地使用对象中其他同步方法来访问共享资源？如果一个对象拥有多个资源，就不需要只为了让一个线程使用其中一部分资源，就将所有线程都锁在外面。由于每个对象都有锁，可以如下所示使用虚拟对象来上锁：

class FineGrainLock \{

MyMemberClass x, y;

Object xlock = new Object(), ylock = new Object();

public void foo() \{

synchronized(xlock) \{

//access x here

//do something here - but don't use shared resources

synchronized(ylock) \{

//access y here

public void bar() \{

synchronized(this) \{

//access both x and y here

//do something here - but don't use shared resources

4.synchronized后面括号里是类.例如:

class ArrayWithLockOrder\{

private static long num\_locks = 0;

private long lock\_order;

private int\[\] arr;

public ArrayWithLockOrder(int\[\] a)

arr = a;

synchronized(ArrayWithLockOrder.class) \{//-----------------------------------------这里

num\_locks++;             // 锁数加 1。

lock\_order = num\_locks;  // 为此对象实例设置唯一的 lock\_order。

public long lockOrder()

return lock\_order;

public int\[\] array()

return arr;

class SomeClass implements Runnable

public int sumArrays(ArrayWithLockOrder a1,

ArrayWithLockOrder a2)

int value = 0;

ArrayWithLockOrder first = a1;       // 保留数组引用的一个

ArrayWithLockOrder last = a2;        // 本地副本。

int size = a1.array().length;

if (size == a2.array().length)

if (a1.lockOrder() > a2.lockOrder())  // 确定并设置对象的锁定

\{                                     // 顺序。

first = a2;

last = a1;

synchronized(first) \{              // 按正确的顺序锁定对象。

synchronized(last) \{

int\[\] arr1 = a1.array();

int\[\] arr2 = a2.array();

for (int i=0; i<size; i++)

value += arr1\[i\] + arr2\[i\];

return value;

public void run() \{

//...

对于4,如果线程进入,则线程在该类中所有操作不能进行,包括静态变量和静态方法,实际上,对于含有静态方法和静态变量的代码块的同步,我们通常用4来加锁.

以上4种之间的关系：

锁是和对象相关联的，每个对象有一把锁，为了执行synchronized语句，线程必须能够获得synchronized语句中表达式指定的对象的锁，一个对象只有一把锁，被一个线程获得之后它就不再拥有这把锁，线程在执行完synchronized语句后，将获得锁交还给对象。

在方法前面加上synchronized修饰符即可以将一个方法声明为同步化方法。同步化方法在执行之前获得一个锁。如果这是一个类方法，那么获得的锁是和声明方法的类相关的Class类对象的锁。如果这是一个实例方法，那么此锁是this对象的锁。

同步锁依赖于对象，每个对象都有一个同步锁。

现有一成员变量 Test，当线程 A 调用 Test 的 synchronized 方法，线程 A 获得 Test 的同步锁，同时，线程 B 也去调用 Test 的 synchronized 方法，此时线程 B 无法获得 Test 的同步锁，必须等待线程 A 释放 Test 的同步锁才能获得从而执行对应方法的代码。

综上，正确使用 synchronized 关键字可确保原子性。

synchronized 关键字的特性应用

特性 1：

当线程 A 调用某对象的synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时，若同步锁未释放，其他线程调用同一对象的synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时将被阻塞，直至线程 A 释放该对象的同步锁。

DEMO1，synchronized 方法：

public class Test \{

private static class Counter \{

public synchronized void count() \{  
            for (int i = 0; i < 6; i++) \{  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);  
            \}  
        \}

private static class MyThread extends Thread \{

private Counter mCounter;

public MyThread(Counter counter) \{  
            mCounter = counter;  
        \}

@Override  
        public void run() \{  
            super.run();  
            mCounter.count();  
        \}  
    \}

public static void main(String\[\] var0) \{  
        Counter counter = new Counter();  
        // 注：myThread1 和 myThread2 是调用同一个对象 counter  
        MyThread myThread1 = new MyThread(counter);  
        MyThread myThread2 = new MyThread(counter);  
        myThread1.start();  
        myThread2.start();  
    \}

\}  
DEMO1 输出：

Thread-0， i = 0  
Thread-0， i = 1  
Thread-0， i = 2  
Thread-0， i = 3  
Thread-0， i = 4  
Thread-0， i = 5  
Thread-1， i = 0  
Thread-1， i = 1  
Thread-1， i = 2  
Thread-1， i = 3  
Thread-1， i = 4  
Thread-1， i = 5  
DEMO2，synchronized 代码块：

public class Test \{

private static class Counter \{

public void count() \{  
            synchronized (this) \{  
                for (int i = 0; i < 6; i++) \{  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "， i = " + i);  
                \}  
            \}  
        \}  
    \}

private static class MyThread extends Thread \{

private Counter mCounter;

public MyThread(Counter counter) \{  
            mCounter = counter;  
        \}

@Override  
        public void run() \{  
            super.run();  
            mCounter.count();  
        \}  
    \}

public static void main(String\[\] var0) \{  
        Counter counter = new Counter();  
        MyThread myThread1 = new MyThread(counter);  
        MyThread myThread2 = new MyThread(counter);  
        myThread1.start();  
        myThread2.start();  
    \}  
\}  
DEMO2 输出：

Thread-0， i = 0  
Thread-0， i = 1  
Thread-0， i = 2  
Thread-0， i = 3  
Thread-0， i = 4  
Thread-0， i = 5  
Thread-1， i = 0  
Thread-1， i = 1  
Thread-1， i = 2  
Thread-1， i = 3  
Thread-1， i = 4  
Thread-1， i = 5  
可见，当同步锁未释放时，其他线程将被阻塞，直至获得同步锁。

而且 DEMO1 和 DEMO2 的输出结果是一样的，synchronized 方法 和 synchronized 代码块的不同之处在于 synchronized 方法 作用域较大，作用于整个方法，而 synchronized 代码块 可控制具体的作用域，更精准控制提高效率。（毕竟阻塞的都是时间啊）

DEMO3，仅修改 main 方法：

public static void main(String\[\] var0) \{  
        // 注意：myThread1 和 myThread2 传入的 Counter 是两个不同的对象  
        MyThread myThread1 = new MyThread(new Counter());  
        MyThread myThread2 = new MyThread(new Counter());  
        myThread1.start();  
        myThread2.start();  
    \}  
DEMO3 输出：

Thread-0， i = 0  
Thread-1， i = 0  
Thread-0， i = 1  
Thread-1， i = 1  
Thread-1， i = 2  
Thread-1， i = 3  
Thread-0， i = 2  
Thread-1， i = 4  
Thread-0， i = 3  
Thread-1， i = 5  
Thread-0， i = 4  
Thread-0， i = 5  
同步锁基于对象，只要锁的来源一致，即可达到同步的作用。所以，但对象不一样，则不能达到同步效果。

特性 2：

当线程 A 调用某对象的synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时，若同步锁未释放，其他线程调用同一对象的其他synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时将被阻塞，直至线程 A 释放该对象的同步锁。（注意：重点是其他）

DEMO4，仅修改 doOtherThings 方法的修饰：

public class Test \{

private static class Counter \{

public synchronized void count() \{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");  
            try \{  
                Thread.sleep(3000);  
            \} catch (InterruptedException e) \{  
                e.printStackTrace();  
            \}  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " awake");  
        \}

public synchronized void doOtherThings()\{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");  
        \}  
    \}

public static void main(String\[\] var0) \{  
        final Counter counter = new Counter();  
        new Thread(new Runnable() \{  
            @Override  
            public void run() \{  
                counter.count();  
            \}  
        \}).start();  
        new Thread(new Runnable() \{  
            @Override  
            public void run() \{  
                counter.doOtherThings();  
            \}  
        \}).start();  
    \}  
\}  
DEMO4 输出：

Thread-0 sleep  
Thread-0 awake  
Thread-1 doOtherThings  
可见，synchronized 获得的同步锁并非仅仅锁住代码，而是锁住整个对象。

此时应提及 happens-before 原则，正因 happens-before 原则的存在才有此现象的发生。  
happens-before 原则的其中一条：

管理锁定原则：一个 unLock 操作先行发生于后面对同一个锁的 lock 操作。  
（此处暂不作过多解释，解释起来能再写一篇文章了）

DEMO5，仅修改 doOtherThings 方法：

public void doOtherThings()\{  
            synchronized (this)\{  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");  
            \}  
        \}  
DEMO5 输出：

Thread-0 sleep  
Thread-0 awake  
Thread-1 doOtherThings  
DEMO4 和 DEMO5 的输出结果竟然一致！没错，因为他们的同步锁来源一致（都是本实例自己），所以可以达到同步效果。

// 这两个 synchronized 锁的是同一个对象  
public synchronized void count()\{\};  
public void doOtherThings()\{  
       synchronized (this)\{\}  
\}  
DEMO6，去掉 doOtherThings 方法的同步关键字：

public void doOtherThings()\{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");  
        \}  
DEMO6 输出：

Thread-0 sleep  
Thread-1 doOtherThings  
Thread-0 awake  
当线程 A 调用某对象的synchronized 方法 或者 synchronized 代码块时，无论同步锁是否释放，其他线程调用同一对象的其他 非 synchronized 方法 或者 非 synchronized 代码块时可立即调用。

实例锁和全局锁

以上 DEMO 实现的都是实例锁。锁住（作用域）的是具体某一对象实例。

什么是全局锁？

锁住整个 Class，而非某个对象或实例。

注：单例型的实例锁不属于全局锁。

全局锁的实现：

静态 synchronized 方法

DEMO7：

public class Test \{

private static class Counter \{

public static synchronized void count() \{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");  
            try \{  
                Thread.sleep(3000);  
            \} catch (InterruptedException e) \{  
                e.printStackTrace();  
            \}  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " awake");  
        \}

public static synchronized void doOtherThings()\{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");  
        \}  
    \}

public static void main(String\[\] var0) \{  
        new Thread(new Runnable() \{  
            @Override  
            public void run() \{  
                Counter.count();  
            \}  
        \}).start();  
        new Thread(new Runnable() \{  
            @Override  
            public void run() \{  
                Counter.doOtherThings();  
            \}  
        \}).start();  
    \}  
\}  
DEMO7 输出：

Thread-0 sleep  
Thread-0 awake  
Thread-1 doOtherThings  
static 声明的方法为全局方法，与对象实例化无关，所以 static synchronized 方法为全局同步方法，与对象实例化无关。

synchronized 具体 Class 的代码块

DEMO8：

public class Test \{

private static class Counter \{

public void doOtherThings()\{  
            synchronized (Counter.class)\{  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " doOtherThings");  
            \}  
        \}  
    \}

public static void main(String\[\] var0) \{  
        new Thread(new Runnable() \{  
            @Override  
            public void run() \{  
                Counter.count();  
            \}  
        \}).start();  
        new Thread(new Runnable() \{  
            @Override  
            public void run() \{  
                Counter counter = new Counter();  
                counter.doOtherThings();  
            \}  
        \}).start();  
    \}  
\}  
DEMO8 输出：

Thread-0 sleep  
Thread-0 awake  
Thread-1 doOtherThings  
synchronized (Counter.class) 获得的同步锁是全局的，static synchronized 获得的同步锁也是全局的，同一个锁，所以达到同步效果。

区分 synchronized (this) 与 synchronized (Class.class)

DEMO9：

public class Test \{

private static class Counter \{

public void count() \{  
            synchronized (this)\{  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " sleep");  
                try \{  
                    Thread.sleep(3000);  
                \} catch (InterruptedException e) \{  
                    e.printStackTrace();  
                \}  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " awake");  
            \}  
        \}

Thread-0 sleep  
Thread-1 doOtherThings  
Thread-0 awake  
synchronized (this) 获得的是具体对象实例 counter 的锁，而 synchronized (Counter.class) 获得的是全局锁，两把不同的锁，所以不能达到同步效果。