JAVA synchronized关键字解析原理

synchronized关键字可以作为函数的修饰符,也可作为函数内的语句,也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类,synchronized可作用于instance变量、object reference(对象引用)、static函数和class literals(类名称字面常量)身上。

在进一步阐述之前,我们需要明确几点:

A.无论synchronized关键字加在方法上还是对象上,它取得的锁都是对象,而不是把一段代码或函数当作锁――而且同步方法很可能还会被其他线程的对象访问。

B.每个对象只有一个锁(lock)与之相关联。

C.实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制。

接着来讨论synchronized用到不同地方对代码产生的影响:

假设P1、P2是同一个类的不同对象,这个类中定义了以下几种情况的同步块或同步方法,P1、P2就都可以调用它们。

1. 把synchronized当作函数修饰符时,示例代码如下:

Public synchronized void methodAAA()

{

//….

}

这也就是同步方法,那这时synchronized锁定的是哪个对象呢?它锁定的是调用这个同步方法对象。也就是说,当一个对象P1在不同的线程中执行这个同步方法时,它们之间会形成互斥,达到同步的效果。但是这个对象所属的Class所产生的另一对象P2却可以任意调用这个被加了synchronized关键字的方法。

上边的示例代码等同于如下代码:

public void methodAAA()

{

synchronized (this)      // (1)

{

      //…..

}

}

(1)处的this指的是什么呢?它指的就是调用这个方法的对象,如P1。可见同步方法实质是将synchronized作用于object reference。――那个拿到了P1对象锁的线程,才可以调用P1的同步方法,而对P2而言,P1这个锁与它毫不相干,程序也可能在这种情形下摆脱同步机制的控制,造成数据混乱:(

2.同步块,示例代码如下:

          public void method3(SomeObject so)

              {

                    synchronized(so)

{

      //…..

}

}

这时,锁就是so这个对象,谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时,就可以这样写程序,但当没有明确的对象作为锁,只是想让一段代码同步时,可以创建一个特殊的instance变量(它得是一个对象)来充当锁:

class Foo implements Runnable

{

      private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance变量

    Public void methodA()

{

      synchronized(lock) { //… }

}

//…..

}

注:零长度的byte数组对象创建起来将比任何对象都经济――查看编译后的字节码:生成零长度的byte[]对象只需3条操作码,而Object lock = new Object()则需要7行操作码。

3.将synchronized作用于static 函数,示例代码如下:

    Class Foo

{

public synchronized static void methodAAA()  // 同步的static 函数

{

//….

}

public void methodBBB()

{

      synchronized(Foo.class)  // class literal(类名称字面常量)

}

      }

  代码中的methodBBB()方法是把class literal作为锁的情况,它和同步的static函数产生的效果是一样的,取得的锁很特别,是当前调用这个方法的对象所属的类(Class,而不再是由这个Class产生的某个具体对象了)。

记得在《Effective Java》一书中看到过将 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步锁还不一样,不能用P1.getClass()来达到锁这个Class的目的。P1指的是由Foo类产生的对象。

可以推断:如果一个类中定义了一个synchronized的static函数A,也定义了一个synchronized 的instance函数B,那么这个类的同一对象Obj在多线程中分别访问A和B两个方法时,不会构成同步,因为它们的锁都不一样。A方法的锁是Obj这个对象,而B的锁是Obj所属的那个Class。

小结如下:

搞清楚synchronized锁定的是哪个对象,就能帮助我们设计更安全的多线程程序。

还有一些技巧可以让我们对共享资源的同步访问更加安全:

1.  定义private 的instance变量+它的 get方法,而不要定义public/protected的instance变量。如果将变量定义为public,对象在外界可以绕过同步方法的控制而直接取得它,并改动它。这也是JavaBean的标准实现方式之一。

2.  如果instance变量是一个对象,如数组或ArrayList什么的,那上述方法仍然不安全,因为当外界对象通过get方法拿到这个instance对象的引用后,又将其指向另一个对象,那么这个private变量也就变了,岂不是很危险。这个时候就需要将get方法也加上synchronized同步,并且,只返回这个private对象的clone()――这样,调用端得到的就是对象副本的引用了。


******************

synchronized的作用(一)

synchronized的作用

一、同步方法

public synchronized void methodAAA(){

//….

}

锁定的是调用这个同步方法的对象

测试:

a、不使用这个关键字修饰方法,两个线程调用同一个对象的这个方法。

目标类:


1public class TestThread {

2    public  void execute(){  //synchronized,未修饰

3        for(int i=0;i<100;i++){

4              System.out.println(i);

5          }   

6      }

7}


线程类:


1public class ThreadA implements Runnable{

2      TestThread test=null;

3    public ThreadA(TestThread pTest){  //对象有外部引入,这样保证是同一个对象

4          test=pTest;

5      }

6    public void run() {

7          test.execute();

8      }

9}

调用:

1TestThread test=new TestThread();

2Runnable runabble=new ThreadA(test);

3Thread a=new Thread(runabble,"A");               

4a.start();

5Thread b=new Thread(runabble,"B");

6b.start();


结果:

输出的数字交错在一起。说明不是同步的,两个方法在不同的线程中是异步调用的。

b、修改目标类,增加synchronized修饰


1public class TestThread {

2    public synchronized  void execute(){  //synchronized修饰

3        for(int i=0;i<100;i++){

4              System.out.println(i);

5          }   

6      }

7}


结果:

输出的数字是有序的,首先输出A的数字,然后是B,说明是同步的,虽然是不同的线程,但两个方法是同步调用的。

注意:上面虽然是两个不同的线程,但是是同一个实例对象。下面使用不同的实例对象进行测试。

c、每个线程都有独立的TestThread对象。

目标类:


1public class TestThread {

2    public synchronized void execute(){  //synchronized修饰

3        for(int i=0;i<100;i++){

4              System.out.println(i);

5          }   

6      }

7}

线程类:

1public class ThreadA implements Runnable{

2    public void run() {

3          TestThread test=new TestThread();

4          test.execute();

5      }

6}

7

调用:

1Runnable runabble=new ThreadA();

2Thread a=new Thread(runabble,"A");               

3a.start();

4Thread b=new Thread(runabble,"B");

5b.start();


结果:

输出的数字交错在一起。说明虽然增加了synchronized 关键字来修饰方法,但是不同的线程调用各自的对象实例,两个方法仍然是异步的。

***********************

synchronized的作用(二)

引申:

对于这种多个实例,要想实现同步即输出的数字是有序并且按线程先后顺序输出,我们可以增加一个静态变量,对它进行加锁(后面将说明锁定的对象)。

修改目标类:


1public class TestThread {

2    private static Object lock=new Object(); //必须是静态的。

3    public  void execute(){

4        synchronized(lock){

5            for(int i=0;i<100;i++){

6                  System.out.println(i);

7              }   

8          }

9      }

10}


二、同步代码块


1public void method(SomeObject so){

2    synchronized(so)

3      //…..

4      }

5}


锁定一个对象,其实锁定的是该对象的引用(object reference)

谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。当有一个明确的对象作为锁时,就可以按上面的代码写程序,但当没有明确的对象作为锁,只是想让一段代码同步时,可以创建一个特殊的instance变量(它必须是一个对象)来充当锁(上面的解决方法就是增加了一个状态锁)。

a、锁定一个对象,它不是静态的

private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance变量

目标类:


1public class TestThread {

2    private Object lock=new Object();

3    public  void execute(){

4        synchronized(lock){  //增加了个锁,锁定了对象lock,在同一个类实例中,是线程安全的,但不同的实例还是不安全的。

5

6因为不同的实例有不同对象锁lock

7            for(int i=0;i<100;i++){

8                  System.out.println(i);

9              }   

10          }

11      }

12} 


其实上面锁定一个方法,等同于下面的:


1public void execute(){ 

2    synchronized(this){  //同步的是当然对象

3        for(int i=0;i<100;i++){

4              System.out.println(i);

5          }   

6      }

7}


***************************

synchronized的作用(三)

b、锁定一个对象或方法,它是静态的

这样锁定,它锁定的是对象所属的类

public synchronized    static void execute(){

      //...

}

等同于


1public class TestThread {

2    public static void execute(){

3        synchronized(TestThread.class){

4            //

5          }

6      }

7}


测试:

目标类:


1public class TestThread {

2    private static Object lock=new Object();

3    public synchronized static void execute(){  //同步静态方法

4        for(int i=0;i<100;i++){

5              System.out.println(i);

6          }   

7      }

8    public static void execute1(){

9        for(int i=0;i<100;i++){

10              System.out.println(i);

11          }   

12      }

13    public void test(){

14          execute();    //输出是有序的,说明是同步的

15        //execute1();  //输出是无须的,说明是异步的

16      }

17}


线程类:调用不同的方法,于是建立了两个线程类


1public class ThreadA implements Runnable{

2    public void run() {

3          TestThread.execute();//调用同步静态方法

4      }

5}

6public class ThreadB implements Runnable{

7    public void run() {

8          TestThread test=new TestThread();

9          test.test();//调用非同步非静态方法

10      }

11}


调用:


1Runnable runabbleA=new ThreadA();

2Thread a=new Thread(runabbleA,"A");               

3a.start();

4Runnable runabbleB=new ThreadB();

5Thread b=new Thread(runabbleB,"B");               

6b.start();


synchronized的作用(四)

注意:

1、用synchronized 来锁定一个对象的时候,如果这个对象在锁定代码段中被修改了,则这个锁也就消失了。看下面的实例:

目标类:


1public class TestThread {

2    private static final class TestThreadHolder {

3            private static TestThread theSingleton = new TestThread();

4            public static TestThread getSingleton() {

5                return theSingleton;

6              }

7            private TestThreadHolder() {

8              }

9          }

10   

11    private Vector ve =null;

12    private Object lock=new Object();

13    private TestThread(){

14          ve=new Vector();

15          initialize();

16      }

17    public static TestThread getInstance(){

18        return TestThreadHolder.getSingleton();

19      }

20    private void initialize(){

21        for(int i=0;i<100;i++){

22              ve.add(String.valueOf(i));

23          }

24      }

25    public void reload(){

26        synchronized(lock){

27              ve=null;           

28              ve=new Vector();

29                        //lock="abc";

30            for(int i=0;i<100;i++){

31                  ve.add(String.valueOf(i));

32              }

33          }

34          System.out.println("reload end");

35      }

36   

37    public boolean checkValid(String str){

38        synchronized(lock){

39              System.out.println(ve.size());

40            return ve.contains(str);

41          }

42      }

43}


说明:在reload和checkValid方法中都增加了synchronized关键字,对lock对象进行加锁。在不同线程中对同一个对象实例分别调用reload和checkValid方法。

在reload方法中,不修改lock对象即注释lock="abc"; ,结果在控制台输出reload end后才输出100。说明是同步调用的。

如果在reload方法中修改lock对象即去掉注释,结果首先输出了一个数字(当前ve的大小),然后输出reload end。说明是异步调用的。

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