Java中Synchronized的用法

蔚落 2024-04-17 14:48 27阅读 0赞

原文：http://blog.csdn.net/luoweifu/article/details/46613015   
作者:luoweifu   
转载请标名出处

《编程思想之多线程与多进程(1)——以操作系统的角度述说线程与进程》一文详细讲述了线程、进程的关系及在操作系统中的表现，这是多线程学习必须了解的基础。本文将接着讲一下Java线程同步中的一个重要的概念synchronized.

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：   
1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号\{\}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；   
2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；   
3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；   
4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

修饰一个代码块  
一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞。我们看下面一个例子：  
【Demo1】：synchronized的用法

/\*\*  
 \* 同步线程  
 \*/  
class SyncThread implements Runnable \{  
   private static int count;

public SyncThread() \{  
      count = 0;  
   \}

public  void run() \{  
      synchronized(this) \{  
         for (int i = 0; i < 5; i++) \{  
            try \{  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));  
               Thread.sleep(100);  
            \} catch (InterruptedException e) \{  
               e.printStackTrace();  
            \}  
         \}  
      \}  
   \}

public int getCount() \{  
      return count;  
   \}  
\}  
  
SyncThread的调用：

SyncThread syncThread = new SyncThread();  
Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");  
Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");  
thread1.start();  
thread2.start();  
  
结果如下：

SyncThread1:0   
SyncThread1:1   
SyncThread1:2   
SyncThread1:3   
SyncThread1:4   
SyncThread2:5   
SyncThread2:6   
SyncThread2:7   
SyncThread2:8   
SyncThread2:9\*

当两个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象(syncThread)中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。Thread1和thread2是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。   
我们再把SyncThread的调用稍微改一下：

Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread1");  
Thread thread2 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread2");  
thread1.start();  
thread2.start();  
  
结果如下：

SyncThread1:0   
SyncThread2:1   
SyncThread1:2   
SyncThread2:3   
SyncThread1:4   
SyncThread2:5   
SyncThread2:6   
SyncThread1:7   
SyncThread1:8   
SyncThread2:9

不是说一个线程执行synchronized代码块时其它的线程受阻塞吗？为什么上面的例子中thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，而上面的代码等同于下面这段代码：

SyncThread syncThread1 = new SyncThread();  
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();  
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");  
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");  
thread1.start();  
thread2.start();  
  
这时创建了两个SyncThread的对象syncThread1和syncThread2，线程thread1执行的是syncThread1对象中的synchronized代码(run)，而线程thread2执行的是syncThread2对象中的synchronized代码(run)；我们知道synchronized锁定的是对象，这时会有两把锁分别锁定syncThread1对象和syncThread2对象，而这两把锁是互不干扰的，不形成互斥，所以两个线程可以同时执行。

2.当一个线程访问对象的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非synchronized(this)同步代码块。   
【Demo2】：多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

class Counter implements Runnable\{  
   private int count;

public Counter() \{  
      count = 0;  
   \}

public void countAdd() \{  
      synchronized(this) \{  
         for (int i = 0; i < 5; i ++) \{  
            try \{  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));  
               Thread.sleep(100);  
            \} catch (InterruptedException e) \{  
               e.printStackTrace();  
            \}  
         \}  
      \}  
   \}

//非synchronized代码块，未对count进行读写操作，所以可以不用synchronized  
   public void printCount() \{  
      for (int i = 0; i < 5; i ++) \{  
         try \{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count);  
            Thread.sleep(100);  
         \} catch (InterruptedException e) \{  
            e.printStackTrace();  
         \}  
      \}  
   \}

public void run() \{  
      String threadName = Thread.currentThread().getName();  
      if (threadName.equals("A")) \{  
         countAdd();  
      \} else if (threadName.equals("B")) \{  
         printCount();  
      \}  
   \}  
\}  
  
调用代码:

Counter counter = new Counter();  
Thread thread1 = new Thread(counter, "A");  
Thread thread2 = new Thread(counter, "B");  
thread1.start();  
thread2.start();  
  
结果如下：

A:0   
B count:1   
A:1   
B count:2   
A:2   
B count:3   
A:3   
B count:4   
A:4   
B count:5

上面代码中countAdd是一个synchronized的，printCount是非synchronized的。从上面的结果中可以看出一个线程访问一个对象的synchronized代码块时，别的线程可以访问该对象的非synchronized代码块而不受阻塞。

指定要给某个对象加锁  
【Demo3】:指定要给某个对象加锁

/\*\*  
 \* 银行账户类  
 \*/  
class Account \{  
   String name;  
   float amount;

public Account(String name, float amount) \{  
      this.name = name;  
      this.amount = amount;  
   \}  
   //存钱  
   public  void deposit(float amt) \{  
      amount += amt;  
      try \{  
         Thread.sleep(100);  
      \} catch (InterruptedException e) \{  
         e.printStackTrace();  
      \}  
   \}  
   //取钱  
   public  void withdraw(float amt) \{  
      amount -= amt;  
      try \{  
         Thread.sleep(100);  
      \} catch (InterruptedException e) \{  
         e.printStackTrace();  
      \}  
   \}

public float getBalance() \{  
      return amount;  
   \}  
\}

/\*\*  
 \* 账户操作类  
 \*/  
class AccountOperator implements Runnable\{  
   private Account account;  
   public AccountOperator(Account account) \{  
      this.account = account;  
   \}

public void run() \{  
      synchronized (account) \{  
         account.deposit(500);  
         account.withdraw(500);  
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + account.getBalance());  
      \}  
   \}  
\}  
  
调用代码:

Account account = new Account("zhang san", 10000.0f);  
AccountOperator accountOperator = new AccountOperator(account);

final int THREAD\_NUM = 5;  
Thread threads\[\] = new Thread\[THREAD\_NUM\];  
for (int i = 0; i < THREAD\_NUM; i ++) \{  
   threads\[i\] = new Thread(accountOperator, "Thread" + i);  
   threads\[i\].start();  
\}  
  
结果如下：

Thread3:10000.0   
Thread2:10000.0   
Thread1:10000.0   
Thread4:10000.0   
Thread0:10000.0

在AccountOperator 类中的run方法里，我们用synchronized 给account对象加了锁。这时，当一个线程访问account对象时，其他试图访问account对象的线程将会阻塞，直到该线程访问account对象结束。也就是说谁拿到那个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。   
当有一个明确的对象作为锁时，就可以用类似下面这样的方式写程序。

public void method3(SomeObject obj)  
\{  
   //obj 锁定的对象  
   synchronized(obj)  
   \{  
      // todo  
   \}  
\}  
  
当没有明确的对象作为锁，只是想让一段代码同步时，可以创建一个特殊的对象来充当锁：

class Test implements Runnable  
\{  
   private byte\[\] lock = new byte\[0\];  // 特殊的instance变量  
   public void method()  
   \{  
      synchronized(lock) \{  
         // todo 同步代码块  
      \}  
   \}

public void run() \{

\}  
\}  
  
说明：零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码：生成零长度的byte\[\]对象只需3条操作码，而Object lock = new Object()则需要7行操作码。

修饰一个方法  
Synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method()\{//todo\}; synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似，只是作用范围不一样，修饰代码块是大括号括起来的范围，而修饰方法范围是整个函数。如将【Demo1】中的run方法改成如下的方式，实现的效果一样。

\*【Demo4】：synchronized修饰一个方法

public synchronized void run() \{  
   for (int i = 0; i < 5; i ++) \{  
      try \{  
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));  
         Thread.sleep(100);  
      \} catch (InterruptedException e) \{  
         e.printStackTrace();  
      \}  
   \}  
\}  
  
Synchronized作用于整个方法的写法。   
写法一：

public synchronized void method()  
\{  
   // todo  
\}  
  
写法二：

public void method()  
\{  
   synchronized(this) \{  
      // todo  
   \}  
\}  
  
写法一修饰的是一个方法，写法二修饰的是一个代码块，但写法一与写法二是等价的，都是锁定了整个方法时的内容。

在用synchronized修饰方法时要注意以下几点：   
1. synchronized关键字不能继承。   
虽然可以使用synchronized来定义方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：   
在子类方法中加上synchronized关键字

class Parent \{  
   public synchronized void method() \{ \}  
\}  
class Child extends Parent \{  
   public synchronized void method() \{ \}  
\}  
  
在子类方法中调用父类的同步方法

class Parent \{  
   public synchronized void method() \{   \}  
\}  
class Child extends Parent \{  
   public void method() \{ super.method();   \}  
\}   
  
在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。  
构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。   
修饰一个静态的方法  
Synchronized也可修饰一个静态方法，用法如下：

public synchronized static void method() \{  
   // todo  
\}  
  
我们知道静态方法是属于类的而不属于对象的。同样的，synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。我们对Demo1进行一些修改如下：

【Demo5】：synchronized修饰静态方法

/\*\*  
 \* 同步线程  
 \*/  
class SyncThread implements Runnable \{  
   private static int count;

public SyncThread() \{  
      count = 0;  
   \}

public synchronized static void method() \{  
      for (int i = 0; i < 5; i ++) \{  
         try \{  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));  
            Thread.sleep(100);  
         \} catch (InterruptedException e) \{  
            e.printStackTrace();  
         \}  
      \}  
   \}

public synchronized void run() \{  
      method();  
   \}  
\}  
  
调用代码:

SyncThread1:0   
SyncThread1:1   
SyncThread1:2   
SyncThread1:3   
SyncThread1:4   
SyncThread2:5   
SyncThread2:6   
SyncThread2:7   
SyncThread2:8   
SyncThread2:9

syncThread1和syncThread2是SyncThread的两个对象，但在thread1和thread2并发执行时却保持了线程同步。这是因为run中调用了静态方法method，而静态方法是属于类的，所以syncThread1和syncThread2相当于用了同一把锁。这与Demo1是不同的。

修饰一个类  
Synchronized还可作用于一个类，用法如下：

class ClassName \{  
   public void method() \{  
      synchronized(ClassName.class) \{  
         // todo  
      \}  
   \}  
\}  
  
我们把Demo5再作一些修改。   
【Demo6】:修饰一个类

/\*\*  
 \* 同步线程  
 \*/  
class SyncThread implements Runnable \{  
   private static int count;

public SyncThread() \{  
      count = 0;  
   \}

public static void method() \{  
      synchronized(SyncThread.class) \{  
         for (int i = 0; i < 5; i ++) \{  
            try \{  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));  
               Thread.sleep(100);  
            \} catch (InterruptedException e) \{  
               e.printStackTrace();  
            \}  
         \}  
      \}  
   \}

public synchronized void run() \{  
      method();  
   \}  
\}  
  
其效果和【Demo5】是一样的，synchronized作用于一个类T时，是给这个类T加锁，T的所有对象用的是同一把锁。

总结：  
A. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的，则它取得的锁是对象；如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象同一把锁。   
B. 每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。   
C. 实现同步是要很大的系统开销作为代价的，甚至可能造成死锁，所以尽量避免无谓的同步控制。

参考资料：   
http://blog.csdn.net/chenguang79/article/details/677720   
http://developer.51cto.com/art/200906/132354.htm  
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