Java併發編程之synchronized解析

初學Java多線程的時候，遇到需要線程同步的地方，總是會用到synchronized關鍵詞。很簡單的就是幫助我們實現預想的“效果”。殊不知，synchronized是一個重量級的鎖，使用不當的話其實會使我們程序執行的效率大打折扣。

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一：synchronized的作用範圍

synchronized可作用在普通的方法上，靜態方法上以及同步代碼塊上。以下，我將分別的對這三種情況做一個分析。

1：作用於普通方法上

public class Demo01 implements Runnable{
    private int a;
    private synchronized void add() {
        a++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            add();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo01 demo01 =new Demo01();
        Thread thread1 =new Thread(demo01);
        Thread thread2 =new Thread(demo01);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

兩個線程對變量a各進行100次的自加，在add方法上加了synchronized以達到線程間的同步效果。synchronized加在方法上，持有鎖的爲該類的實例對象，即本例的demo01。所以兩個線程訪問同一個鎖對象會有互斥情況。
如果這裏每個線程持有的爲兩個不同的類實例，如下：

        Demo01 demo01 =new Demo01();
        Demo01 demo02 =new Demo01();
        Thread thread1 =new Thread(demo01);  //demo01
        Thread thread2 =new Thread(demo02);  //demo02

很明顯，這裏在方法上加上synchronized來同步是不行的，因爲這裏是兩個new出來的不同的實例，如果想要通過的該類的不同實例來加鎖，我們可以通過下面的方式’。

2：作用於靜態方法上
我們知道靜態方法是歸屬於類所有的，同一個類的不同實例可以通過持有其類的相同Class來達到線程同步的效果。如下：

public class Demo02 implements Runnable{
    private static int a;
    private synchronized static void add() {
        a++;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            add();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo02 demo01 =new Demo02();
        Demo02 demo02 =new Demo02();
        Thread thread1 =new Thread(demo01);
        Thread thread2 =new Thread(demo02);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

創建線程使用的爲同一個類的不同實例，調用靜態方法的時候，還是能夠達到線程同步的效果。因爲此時持有鎖對象的爲類的Class字節碼。
除了上面兩種方式，還可以通過同步代碼塊的方式來進行加鎖操作。

2：作用於同步代碼塊上

public class Demo03 implements Runnable{
    private  int a;
    private  void add() {
        synchronized (Object.class){
            a++;
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            add();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo03 demo01 =new Demo03();
        Demo03 demo02 =new Demo03();
        Thread thread1 =new Thread(demo01);
        Thread thread2 =new Thread(demo02);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

以上例子持有鎖對象的爲Object的Class，這裏應該注意的是，在同步代碼塊中，只要能夠保證每個線程過來時，是同一個對象即可（任何類型的同一個實例對象）

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二：synchronized同步的原理
synchronized的實現原理中，同步代碼塊與同步方法，同步靜態方法是不一樣的。在同步代碼塊中，是通過現實的監視器對象來標識的。而同步方法和同步靜態是通過同步方法來標識的。通過查看其源碼的字節碼文件，我們可以清楚的看到其原理。

同步代碼塊字節碼文件：

  public void add();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: astore_1
         3: monitorenter           //持有鎖
         4: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         7: ldc           #3                  // String Aaa
         9: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        12: aload_1
        13: monitorexit          //釋放鎖
        14: goto          22
        17: astore_2
        18: aload_1
        19: monitorexit           //釋放鎖
        20: aload_2
        21: athrow
        22: return
      Exception table:
         from    to  target type
             4    14    17   any
            17    20    17   any
      LineNumberTable:
        line 6: 0
        line 7: 4
        line 8: 12
        line 9: 22
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      23     0  this   Lcom/sg/thread002/threadSynchronized/Demo04;
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 255 /* full_frame */
          offset_delta = 17
          locals = [ class com/sg/thread002/threadSynchronized/Demo04, class java/lang/Object ]
          stack = [ class java/lang/Throwable ]
        frame_type = 250 /* chop */
          offset_delta = 4

可以看到同步代碼塊是直接顯示的執行monitorenter和monitorexit ，JVM保證無論在什麼情況下，執行完同步的代碼塊，就會釋放鎖，所以會有兩個monitorexit,另一個則是保證在異常的時候也是能夠釋放掉鎖的。

同步普通方法與靜態方法：

  public static synchronized void add();
    descriptor: ()V
    //同步的標識
    //ACC_PUBLIC :公共方法
    //ACC_STATIC :靜態方法
    //ACC_SYNCHRONIZED :同步方法標識
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_SYNCHRONIZED
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #2                  // Field a:I
         3: iconst_1
         4: iadd
         5: putstatic     #2                  // Field a:I
         8: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0
        line 8: 8

這裏可以看到在方法級別的同步是通過ACC_SYNCHRONIZED來標識的。

到這裏，關於synchronized就其使用的範圍以及原理做了一個分析，雖然說其是一個重量級的鎖，但是JDK在1.6的時候對其進行了優化，引入的偏向鎖，提高其性能。於此同時，synchronized也是一種可重入的鎖。