全面详解Synchronized关键字

目录

一、Synchronized的作用

• 保证同一时刻最多只有1个线程执行 被Synchronized修饰的方法 / 代码，
  其他线程 必须等待当前线程执行完该方法 / 代码块后才能执行该方法 / 代码块。

二、 应用场景

保证线程安全，解决多线程中的并发同步问题（实现的是阻塞型并发），具体场景如下：

• 修饰 实例方法 / 代码块时，（同步）保护的是同一个对象方法的调用 & 当前实例对象
• 修饰 静态方法 / 代码块时，（同步）保护的是 静态方法的调用 & class 类对象

三、 原理

• 依赖 JVM 实现同步
• 底层通过一个监视器对象（monitor）完成， wait（）、notify（） 等方法也依赖于 monitor 对象

监视器锁（monitor）的本质 依赖于 底层操作系统的互斥锁（Mutex Lock）实现

四、 具体使用

Synchronized 用于 修饰 代码块、类的实例方法 & 静态方法

1、使用规则

2、锁的类型 & 等级

• 由于Synchronized 会修饰 代码块、类的实例方法 & 静态方法，故分为不同锁的类型
  具体如下：
  

• 之间的区别
  

3、使用方式

/**
 * 对象锁
 */
    public class Test{ 
    // 对象锁：形式1(方法锁) 
    public synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是对象锁也是方法锁"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
 
    // 对象锁：形式2（代码块形式） 
    public void Method2(){ 
        synchronized (this){ 
            System.out.println("我是对象锁"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
 
    } 
 ｝

/**
 * 方法锁（即对象锁中的形式1）
 */
    public synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是对象锁也是方法锁"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 

/**
 * 类锁
 */
public class Test{ 
　　 // 类锁：形式1 ：锁静态方法
    public static synchronized void Method1(){ 
        System.out.println("我是类锁一号"); 
        try{ 
            Thread.sleep(500); 
        } catch (InterruptedException e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
 
    } 
 
    // 类锁：形式2 ：锁静态代码块
    public void Method2(){ 
        synchronized (Test.class){ 
            System.out.println("我是类锁二号"); 
            try{ 
                Thread.sleep(500); 
            } catch (InterruptedException e){ 
                e.printStackTrace(); 
            } 
 
        } 
 
    } 
｝

4、特别注意

Synchronized修饰方法时存在缺陷：若修饰1个大的方法，将会大大影响效率

• 示例
  若使用Synchronized关键字修饰 线程类的run()，由于run()在线程的整个生命期内一直在运行，因此将导致它对本类任何Synchronized方法的调用都永远不会成功

• 解决方案
  使用 Synchronized关键字声明代码块

该解决方案灵活性高：可针对任意代码块 & 任意指定上锁的对象

代码如下：

 synchronized(syncObject) { 
    // 访问或修改被锁保护的共享状态 
    // 上述方法 必须 获得对象 syncObject（类实例或类）的锁
}

五、特点

注：原子性、可见性、有序性的定义

六、其他控制并发 / 线程同步方式

1、Lock、ReentrantLock（重入锁）

• 简介
  
• 区别
  

2、CAS

2.1 定义

Compare And Swap，即 比较 并 交换，是一种解决并发操作的乐观锁

synchronized锁住的代码块：同一时刻只能由一个线程访问，属于悲观锁

2.2 原理

// CAS的操作参数
内存位置（A）
预期原值（B）
预期新值（C）

// 使用CAS解决并发的原理：
// 1. 首先比较A、B，若相等，则更新A中的值为C、返回True；若不相等，则返回false；
// 2. 通过死循环，以不断尝试尝试更新的方式实现并发

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

2.3 优点

• 资源耗费少：相对于synchronized，省去了挂起线程、恢复线程的开销，但，若迟迟得不到更新，死循环对CPU资源也是一种浪费

2.4 具体实现方式

• 使用CAS有个“先检查后执行”的操作
• 而这种操作在Java中是典型的不安全的操作，所以 CAS在实际中是由C++通过调用CPU指令实现的
• 具体过程

// 1. CAS在Java中的体现为Unsafe类
// 2. Unsafe类会通过C++直接获取到属性的内存地址
// 3. 接下来CAS由C++的Atomic::cmpxchg系列方法实现

2.5 典型应用：AtomicInteger

对 i++ 与 i–，通过compareAndSet & 一个死循环实现

而compareAndSet函数内部 = 通过jni操作CAS指令。直到CAS操作成功跳出循环

   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; 
        } 
    }