全面詳解Synchronized關鍵字

目錄

一、Synchronized的作用

• 保證同一時刻最多隻有1個線程執行 被Synchronized修飾的方法 / 代碼，
  其他線程 必須等待當前線程執行完該方法 / 代碼塊後才能執行該方法 / 代碼塊。

二、 應用場景

保證線程安全，解決多線程中的併發同步問題（實現的是阻塞型併發），具體場景如下：

• 修飾 實例方法 / 代碼塊時，（同步）保護的是同一個對象方法的調用 & 當前實例對象
• 修飾 靜態方法 / 代碼塊時，（同步）保護的是 靜態方法的調用 & class 類對象

三、 原理

• 依賴 JVM 實現同步
• 底層通過一個監視器對象（monitor）完成， wait（）、notify（） 等方法也依賴於 monitor 對象

監視器鎖（monitor）的本質 依賴於 底層操作系統的互斥鎖（Mutex Lock）實現

四、 具體使用

Synchronized 用於 修飾 代碼塊、類的實例方法 & 靜態方法

1、使用規則

2、鎖的類型 & 等級

• 由於Synchronized 會修飾 代碼塊、類的實例方法 & 靜態方法，故分爲不同鎖的類型
  具體如下：
  

• 之間的區別
  

3、使用方式

/**
 * 對象鎖
 */
    public class Test{ 
    // 對象鎖：形式1(方法鎖) 
    public synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是對象鎖也是方法鎖"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
 
    // 對象鎖：形式2（代碼塊形式） 
    public void Method2(){ 
        synchronized (this){ 
            System.out.println("我是對象鎖"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
 
    } 
 ｝

/**
 * 方法鎖（即對象鎖中的形式1）
 */
    public synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是對象鎖也是方法鎖"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 

/**
 * 類鎖
 */
public class Test{ 
　　 // 類鎖：形式1 ：鎖靜態方法
    public static synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是類鎖一號"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
 
    // 類鎖：形式2 ：鎖靜態代碼塊
    public void Method2(){ 
        synchronized (Test.class){ 
            System.out.println("我是類鎖二號"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
 
        } 
 
    } 
｝

4、特別注意

Synchronized修飾方法時存在缺陷：若修飾1個大的方法，將會大大影響效率

• 示例
  若使用Synchronized關鍵字修飾 線程類的run()，由於run()在線程的整個生命期內一直在運行，因此將導致它對本類任何Synchronized方法的調用都永遠不會成功

• 解決方案
  使用 Synchronized關鍵字聲明代碼塊

該解決方案靈活性高：可針對任意代碼塊 & 任意指定上鎖的對象

代碼如下：

 synchronized(syncObject) { 
    // 訪問或修改被鎖保護的共享狀態 
    // 上述方法 必須 獲得對象 syncObject（類實例或類）的鎖
}

五、特點

注：原子性、可見性、有序性的定義

六、其他控制併發 / 線程同步方式

1、Lock、ReentrantLock（重入鎖）

• 簡介
  
• 區別
  

2、CAS

2.1 定義

Compare And Swap，即 比較 並 交換，是一種解決併發操作的樂觀鎖

synchronized鎖住的代碼塊：同一時刻只能由一個線程訪問，屬於悲觀鎖

2.2 原理

// CAS的操作參數
內存位置（A）
預期原值（B）
預期新值（C）

// 使用CAS解決併發的原理：
// 1. 首先比較A、B，若相等，則更新A中的值爲C、返回True；若不相等，則返回false；
// 2. 通過死循環，以不斷嘗試嘗試更新的方式實現併發

// 僞代碼如下
public boolean compareAndSwap(long memoryA, int oldB, int newC){
    if(memoryA.get() == oldB){
        memoryA.set(newC);
        return true;
    }
    return false;
}

2.3 優點

• 資源耗費少：相對於synchronized，省去了掛起線程、恢復線程的開銷，但，若遲遲得不到更新，死循環對CPU資源也是一種浪費

2.4 具體實現方式

• 使用CAS有個“先檢查後執行”的操作
• 而這種操作在Java中是典型的不安全的操作，所以 CAS在實際中是由C++通過調用CPU指令實現的
• 具體過程

// 1. CAS在Java中的體現爲Unsafe類
// 2. Unsafe類會通過C++直接獲取到屬性的內存地址
// 3. 接下來CAS由C++的Atomic::cmpxchg系列方法實現

2.5 典型應用：AtomicInteger

對 i++ 與 i–，通過compareAndSet & 一個死循環實現

而compareAndSet函數內部 = 通過jni操作CAS指令。直到CAS操作成功跳出循環

   private volatile int value; 
    /** 
     * Gets the current value. 
     * 
     * @return the current value 
     */ 
    public final int get() { 
        return value; 
    } 
    /** 
     * Atomically increments by one the current value. 
     * 
     * @return the previous value 
     */ 
    public final int getAndIncrement() { 
        for (;;) { 
            int current = get(); 
            int next = current + 1; 
            if (compareAndSet(current, next)) 
                return current; 
        } 
    } 
 
    /** 
     * Atomically decrements by one the current value. 
     * 
     * @return the previous value 
     */ 
    public final int getAndDecrement() { 
        for (;;) { 
            int current = get(); 
            int next = current - 1; 
            if (compareAndSet(current, next)) 
                return current; 
        } 
    }