Java中Synchronized的用法

時間 2019-11-18

原文原文鏈接

轉自：http://www.javashuo.com/article/p-ndcagkli-c.html編程

《編程思想之多線程與多進程(1)——以操做系統的角度述說線程與進程》一文詳細講述了線程、進程的關係及在操做系統中的表現，這是多線程學習必須瞭解的基礎。本文將接着講一下Java線程同步中的一個重要的概念synchronized.數組

在Java中，synchronized關鍵字是用來控制線程同步的，就是在多線程的環境下，控制synchronized代碼段不被多個線程同時執行。多線程

synchronized是Java中的關鍵字，是一種同步鎖。它修飾的對象有如下幾種：
1. 修飾一個代碼塊，被修飾的代碼塊稱爲同步語句塊，其做用的範圍是大括號{}括起來的代碼，做用的對象是調用這個代碼塊的對象；
2. 修飾一個方法，被修飾的方法稱爲同步方法，其做用的範圍是整個方法，做用的對象是調用這個方法的對象；
3. 修改一個靜態的方法，其做用的範圍是整個靜態方法，做用的對象是這個類的全部對象；
4. 修改一個類，其做用的範圍是synchronized後面括號括起來的部分，做用主的對象是這個類的全部對象。併發

修飾一個代碼塊

1.一個線程訪問一個對象中的synchronized(this)同步代碼塊時，其餘試圖訪問該對象的線程將被阻塞。咱們看下面一個例子：
【Demo1】：synchronized的用法函數

 1 /**
 2 * 同步線程
 3 */
 4 class SyncThread implements Runnable {
 5         private static int count;
 6 
 7         public SyncThread() {
 8             count = 0;
 9         }
10 
11         public void run() {
12             synchronized(this) {
13                 for (int i = 0; i < 5; i++) {
14                     try {
15                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
16                         Thread.sleep(100);
17                     } catch (InterruptedException e) {
18                         e.printStackTrace();
19                     }
20                 }
21             }
22         }
23 
24         public int getCount() {
25             return count;
26         }
27 }

SyncThread的調用：學習

1 SyncThread syncThread = new SyncThread();
2 Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");
3 Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");
4 thread1.start();
5 thread2.start();

結果以下：this

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

當兩個併發線程(thread1和thread2)訪問同一個對象(syncThread)中的synchronized代碼塊時，在同一時刻只能有一個線程獲得執行，另外一個線程受阻塞，必須等待當前線程執行完這個代碼塊之後才能執行該代碼塊。Thread1和thread2是互斥的，由於在執行synchronized代碼塊時會鎖定當前的對象，只有執行完該代碼塊才能釋放該對象鎖，下一個線程才能執行並鎖定該對象。
咱們再把SyncThread的調用稍微改一下：spa

1 Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread1");
2 Thread thread2 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread2");
3 thread1.start();
4 thread2.start();

結果以下：操作系統

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

不是說一個線程執行synchronized代碼塊時其它的線程受阻塞嗎？爲何上面的例子中thread1和thread2同時在執行。這是由於synchronized只鎖定對象，每一個對象只有一個鎖（lock）與之相關聯，而上面的代碼等同於下面這段代碼：.net

1 SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
2 SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
3 Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
4 Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
5 thread1.start();
6 thread2.start();

這時建立了兩個SyncThread的對象syncThread1和syncThread2，線程thread1執行的是syncThread1對象中的synchronized代碼(run)，而線程thread2執行的是syncThread2對象中的synchronized代碼(run)；咱們知道synchronized鎖定的是對象，這時會有兩把鎖分別鎖定syncThread1對象和syncThread2對象，而這兩把鎖是互不干擾的，不造成互斥，因此兩個線程能夠同時執行。

2.當一個線程訪問對象的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另外一個線程仍然能夠訪問該對象中的非synchronized(this)同步代碼塊。
【Demo2】：多個線程訪問synchronized和非synchronized代碼塊

 1 class Counter implements Runnable {
 2         private int count;
 3 
 4         public Counter() {
 5             count = 0;
 6         }
 7 
 8         public void countAdd() {
 9             synchronized(this) {
10                 for (int i = 0; i < 5; i ++) {
11                     try {
12                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
13                         Thread.sleep(100);
14                     } catch (InterruptedException e) {
15                         e.printStackTrace();
16                     }
17                 }
18             }
19         }
20 
21         //非synchronized代碼塊，未對count進行讀寫操做，因此能夠不用synchronized
22         public void printCount() {
23             for (int i = 0; i < 5; i ++) {
24                 try {
25                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count);
26                     Thread.sleep(100);
27                 } catch (InterruptedException e) {
28                     e.printStackTrace();
29                 }
30             }
31         }
32 
33         public void run() {
34             String threadName = Thread.currentThread().getName();
35             if (threadName.equals("A")) {
36                 countAdd();
37             } else if (threadName.equals("B")) {
38                 printCount();
39             }
40         }
41 }

調用代碼:

1 Counter counter = new Counter();
2 Thread thread1 = new Thread(counter, "A");
3 Thread thread2 = new Thread(counter, "B");
4 thread1.start();
5 thread2.start();

結果以下：

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

上面代碼中countAdd是一個synchronized的，printCount是非synchronized的。從上面的結果中能夠看出一個線程訪問一個對象的synchronized代碼塊時，別的線程能夠訪問該對象的非synchronized代碼塊而不受阻塞。

指定要給某個對象加鎖
【Demo3】:指定要給某個對象加鎖

 1 /**
 2 * 銀行帳戶類
 3 */
 4 class Account {
 5         String name;
 6         float amount;
 7 
 8         public Account(String name, float amount) {
 9             this.name = name;
10             this.amount = amount;
11         }
12 //存錢
13         public void deposit(float amt) {
14             amount += amt;
15             try {
16                 Thread.sleep(100);
17             } catch (InterruptedException e) {
18                 e.printStackTrace();
19             }
20         }
21 //取錢
22         public void withdraw(float amt) {
23             amount -= amt;
24             try {
25                 Thread.sleep(100);
26             } catch (InterruptedException e) {
27                 e.printStackTrace();
28             }
29         }
30 
31         public float getBalance() {
32             return amount;
33         }
34 }
35 
36 /**
37 * 帳戶操做類
38 */
39 class AccountOperator implements Runnable {
40         private Account account;
41         public AccountOperator(Account account) {
42             this.account = account;
43         }
44 
45         public void run() {
46             synchronized (account) {
47                 account.deposit(500);
48                 account.withdraw(500);
49                 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + account.getBalance());
50             }
51         }
52 }

調用代碼:

1 Account account = new Account("zhang san", 10000.0f);
2 AccountOperator accountOperator = new AccountOperator(account);
3 
4 final int THREAD_NUM = 5;
5 Thread threads[] = new Thread[THREAD_NUM];
6 for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i ++) {
7 threads[i] = new Thread(accountOperator, "Thread" + i);
8 threads[i].start();
9 }

結果以下：

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

在AccountOperator 類中的run方法裏，咱們用synchronized 給account對象加了鎖。這時，當一個線程訪問account對象時，其餘試圖訪問account對象的線程將會阻塞，直到該線程訪問account對象結束。也就是說誰拿到那個鎖誰就能夠運行它所控制的那段代碼。
當有一個明確的對象做爲鎖時，就能夠用相似下面這樣的方式寫程序。

1 public void method3(SomeObject obj) {
2 //obj 鎖定的對象
3     synchronized(obj) {
4 // todo
5     }
6 }

當沒有明確的對象做爲鎖，只是想讓一段代碼同步時，能夠建立一個特殊的對象來充當鎖：

 1 class Test implements Runnable {
 2         private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance變量
 3         public void method() {
 4             synchronized(lock) {
 5 // todo 同步代碼塊
 6             }
 7         }
 8 
 9         public void run() {
10 
11         }
12 }

說明：零長度的byte數組對象建立起來將比任何對象都經濟――查看編譯後的字節碼：生成零長度的byte[]對象只需3條操做碼，而Object lock = new Object()則須要7行操做碼。

修飾一個方法

Synchronized修飾一個方法很簡單，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method(){//todo}; synchronized修飾方法和修飾一個代碼塊相似，只是做用範圍不同，修飾代碼塊是大括號括起來的範圍，而修飾方法範圍是整個函數。如將【Demo1】中的run方法改爲以下的方式，實現的效果同樣。

*【Demo4】：synchronized修飾一個方法

 1 public synchronized void run() {
 2     for (int i = 0; i < 5; i ++) {
 3         try {
 4             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
 5             Thread.sleep(100);
 6         } catch (InterruptedException e) {
 7             e.printStackTrace();
 8         }
 9     }
10 }

Synchronized做用於整個方法的寫法。
寫法一：

1 public synchronized void method() {
2 // todo
3 }

寫法二：

1 public void method() {
2     synchronized(this) {
3 // todo
4     }
5 }

寫法一修飾的是一個方法，寫法二修飾的是一個代碼塊，但寫法一與寫法二是等價的，都是鎖定了整個方法時的內容。

在用synchronized修飾方法時要注意如下幾點：
1. synchronized關鍵字不能繼承。
雖然能夠使用synchronized來定義方法，但synchronized並不屬於方法定義的一部分，所以，synchronized關鍵字不能被繼承。若是在父類中的某個方法使用了synchronized關鍵字，而在子類中覆蓋了這個方法，在子類中的這個方法默認狀況下並非同步的，而必須顯式地在子類的這個方法中加上synchronized關鍵字才能夠。固然，還能夠在子類方法中調用父類中相應的方法，這樣雖然子類中的方法不是同步的，但子類調用了父類的同步方法，所以，子類的方法也就至關於同步了。這兩種方式的例子代碼以下：
在子類方法中加上synchronized關鍵字

1 class Parent {
2         public synchronized void method() { }
3 }
4 class Child extends Parent {
5         public synchronized void method() { }
6 }

在子類方法中調用父類的同步方法

1 class Parent {
2         public synchronized void method() { }
3 }
4 class Child extends Parent {
5         public void method() {
6             super.method();
7         }
8 }

2.在定義接口方法時不能使用synchronized關鍵字。
3.構造方法不能使用synchronized關鍵字，但能夠使用synchronized代碼塊來進行同步。
修飾一個靜態的方法
Synchronized也可修飾一個靜態方法，用法以下：

1 public synchronized static void method() {
2 // todo
3 }

咱們知道靜態方法是屬於類的而不屬於對象的。一樣的，synchronized修飾的靜態方法鎖定的是這個類的全部對象。咱們對Demo1進行一些修改以下：

【Demo5】：synchronized修飾靜態方法

 1 /**
 2 * 同步線程
 3 */
 4 class SyncThread implements Runnable {
 5         private static int count;
 6 
 7         public SyncThread() {
 8             count = 0;
 9         }
10 
11         public synchronized static void method() {
12             for (int i = 0; i < 5; i ++) {
13                 try {
14                     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
15                     Thread.sleep(100);
16                 } catch (InterruptedException e) {
17                     e.printStackTrace();
18                 }
19             }
20         }
21 
22         public synchronized void run() {
23             method();
24         }
25 }

調用代碼:

1 SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
2 SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
3 Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
4 Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
5 thread1.start();
6 thread2.start();

結果以下：

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的兩個對象，但在thread1和thread2併發執行時卻保持了線程同步。這是由於run中調用了靜態方法method，而靜態方法是屬於類的，因此syncThread1和syncThread2至關於用了同一把鎖。這與Demo1是不一樣的。

修飾一個類
Synchronized還可做用於一個類，用法以下：

1 class ClassName {
2         public void method() {
3             synchronized(ClassName.class) {
4 // todo
5             }
6         }
7 }

咱們把Demo5再做一些修改。
【Demo6】:修飾一個類

 1 /**
 2 * 同步線程
 3 */
 4 class SyncThread implements Runnable {
 5         private static int count;
 6 
 7         public SyncThread() {
 8             count = 0;
 9         }
10 
11         public static void method() {
12             synchronized(SyncThread.class) {
13                 for (int i = 0; i < 5; i ++) {
14                     try {
15                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
16                         Thread.sleep(100);
17                     } catch (InterruptedException e) {
18                         e.printStackTrace();
19                     }
20                 }
21             }
22         }
23 
24         public synchronized void run() {
25             method();
26         }
27 }

其效果和【Demo5】是同樣的，synchronized做用於一個類T時，是給這個類T加鎖，T的全部對象用的是同一把鎖。

總結：
A. 不管synchronized關鍵字加在方法上仍是對象上，若是它做用的對象是非靜態的，則它取得的鎖是對象；若是synchronized做用的對象是一個靜態方法或一個類，則它取得的鎖是對類，該類全部的對象同一把鎖。
B. 每一個對象只有一個鎖（lock）與之相關聯，誰拿到這個鎖誰就能夠運行它所控制的那段代碼。
C. 實現同步是要很大的系統開銷做爲代價的，甚至可能形成死鎖，因此儘可能避免無謂的同步控制。

參考資料：
http://blog.csdn.net/chenguang79/article/details/677720
http://developer.51cto.com/art/200906/132354.htm