Java中Synchronized的用法

原文：http://blog.csdn.net/luoweifu/article/details/46613015
作者:luoweifu
轉載請標名出處

《編程思想之多線程與多進程(1)——以操作系統的角度述說線程與進程》一文詳細講述了線程、進程的關係及在操作系統中的表現，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.

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

修飾一個代碼塊

一個線程訪問一個對象中的synchronized(this)同步代碼塊時，其他試圖訪問該對象的線程將被阻塞。我們看下面一個例子：

【Demo1】：synchronized的用法

/**
 * 同步線程
 */
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的調用：

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

結果如下：

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得到執行，另一個線程受阻塞，必須等待當前線程執行完這個代碼塊以後才能執行該代碼塊。Thread1和thread2是互斥的，因爲在執行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。

我們再把SyncThread的調用稍微改一下：

Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();

結果如下：

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

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

SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();

這時創建了兩個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)；我們知道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，不形成互斥，所以兩個線程可以同時執行。

當一個線程訪問對象的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另一個線程仍然可以訪問該對象中的非synchronized(this)同步代碼塊。
【Demo2】：多個線程訪問synchronized和非synchronized代碼塊

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代碼塊，未對count進行讀寫操作，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();
      }
   }
}

調用代碼:

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

結果如下：

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

指定要給某個對象加鎖

【Demo3】:指定要給某個對象加鎖

/**
 * 銀行賬戶類
 */
class Account {
   String name;
   float amount;

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

   public float getBalance() {
      return amount;
   }
}

/**
 * 賬戶操作類
 */
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());
      }
   }
}

調用代碼:

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();
}

結果：

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

在AccountOperator 類中的run方法裏，我們用synchronized 給account對象加了鎖。這時，當一個線程訪問account對象時，其他試圖訪問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可以運行它所控制的那段代碼。
當有一個明確的對象作爲鎖時，就可以用類似下面這樣的方式寫程序。

public void method3(SomeObject obj)
{
   //obj 鎖定的對象
   synchronized(obj)
   {
      // todo
   }
}

當沒有明確的對象作爲鎖，只是想讓一段代碼同步時，可以創建一個特殊的對象來充當鎖：

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

   public void run() {

   }
}

說明：零長度的byte數組對象創建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條操作碼，而Object lock = new Object()則需要7行操作碼。

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類似，只是作用範圍不一樣，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方法改成如下的方式，實現的效果一樣。
【Demo4】：synchronized修飾一個方法

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作用於整個方法的寫法。
寫法一：

public synchronized void method()
{
   // todo
}

寫法二：

public void method()
{
   synchronized(this) {
      // todo
   }
}

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修飾方法時要注意以下幾點：
1. synchronized關鍵字不能繼承。
雖然可以使用synchronized來定義方法，但synchronized並不屬於方法定義的一部分，因此，synchronized關鍵字不能被繼承。如果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情況下並不是同步的，而必須顯式地在子類的這個方法中加上synchronized關鍵字纔可以。當然，還可以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，因此，子類的方法也就相當於同步了。這兩種方式的例子代碼如下：
在子類方法中加上synchronized關鍵字

class Parent {
   public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
   public synchronized void method() { }
}

在子類方法中調用父類的同步方法

class Parent {
   public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent {
   public void method() { super.method();   }
`

在定義接口方法時不能使用synchronized關鍵字。
構造方法不能使用synchronized關鍵字，但可以使用synchronized代碼塊來進行同步。

修飾一個靜態的方法
我們知道靜態方法是屬於類的而不屬於對象的。同樣的，synchronized修飾的靜態方法鎖定的是這個類的所有對象。我們對Demo1進行一些修改如下：

/**
 * 同步線程
 */
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();
         }
      }
   }
//筆者測試在這裏run方法不用加synchronized 關鍵字
   public synchronized void run() {
      method();
   }
}

調用代碼

SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();

結果：

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。這是因爲run中調用了靜態方法method，而靜態方法是屬於類的，所以syncThread1和syncThread2相當於用了同一把鎖。這與Demo1是不同的。

修飾一個類
Synchronized還可作用於一個類，用法如下：

class ClassName {
   public void method() {
      synchronized(ClassName.class) {
         // todo
      }
   }
}

我們把Demo5再作一些修改。
【Demo6】:修飾一個類

class SyncThread implements Runnable {
   private static int count;

   public SyncThread() {
      count = 0;
   }
//筆者親測 此刻這個method並不一定需要是靜態方法了
   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】是一樣的，synchronized作用於一個類T時，是給這個類T加鎖，T的所有對象用的是同一把鎖。

總結：

A. 無論synchronized關鍵字加在方法上還是對象上，如果它作用的對象是非靜態的，則它取得的鎖是對象；如果synchronized作用的對象是一個靜態方法或一個類，則它取得的鎖是對類，該類所有的對象同一把鎖。
B. 每個對象只有一個鎖（lock）與之相關聯，誰拿到這個鎖誰就可以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作爲代價的，甚至可能造成死鎖，所以儘量避免無謂的同步控制。

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