Java中Synchronized的用法

约定不等于承诺〃 2022-06-09 02:50 243阅读 0赞

## 前言 ##

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：   
1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号\{\}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；   
2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；   
3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；   
4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

## 修饰一个代码块 ##

1.  一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞。我们看下面一个例子：

【Demo1】：synchronized的用法

/**
     * 同步线程
     */
    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的调用：

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

结果如下：

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

当两个并发线程(thread1和thread2)访问同一个对象(syncThread)中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。Thread1和thread2是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。   
我们再把SyncThread的调用稍微改一下：

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

结果如下：

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

不是说一个线程执行synchronized代码块时其它的线程受阻塞吗？为什么上面的例子中thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，而上面的代码等同于下面这段代码：

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

这时创建了两个SyncThread的对象syncThread1和syncThread2，线程thread1执行的是syncThread1对象中的synchronized代码(run)，而线程thread2执行的是syncThread2对象中的synchronized代码(run)；我们知道synchronized锁定的是对象，这时会有两把锁分别锁定syncThread1对象和syncThread2对象，而这两把锁是互不干扰的，不形成互斥，所以两个线程可以同时执行。

2.当一个线程访问对象的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非synchronized(this)同步代码块。   
【Demo2】：多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

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代码块，未对count进行读写操作，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();
          }
       }
    }

调用代码:

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

结果如下：

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

上面代码中countAdd是一个synchronized的，printCount是非synchronized的。从上面的结果中可以看出一个线程访问一个对象的synchronized代码块时，别的线程可以访问该对象的非synchronized代码块而不受阻塞。

1.  指定要给某个对象加锁

【Demo3】:指定要给某个对象加锁

/**
     * 银行账户类
     */
    class Account {
       String name;
       float amount;
    
       public Account(String name, float amount) {
          this.name = name;
          this.amount = amount;
       }
       //存钱
       public  void deposit(float amt) {
          amount += amt;
          try {
             Thread.sleep(100);
          } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
          }
       }
       //取钱
       public  void withdraw(float amt) {
          amount -= amt;
          try {
             Thread.sleep(100);
          } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
          }
       }
    
       public float getBalance() {
          return amount;
       }
    }
    
    /**
     * 账户操作类
     */
    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());
          }
       }
    }

调用代码:

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();
    }

结果如下：

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

在AccountOperator 类中的run方法里，我们用synchronized 给account对象加了锁。这时，当一个线程访问account对象时，其他试图访问account对象的线程将会阻塞，直到该线程访问account对象结束。也就是说谁拿到那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，就可以用类似下面这样的方式写程序。

public void method3(SomeObject obj)
    {
       //obj 锁定的对象
       synchronized(obj)
       {
          // todo
       }
    }

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对象来充当锁：

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

说明：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。

## 修饰一个方法 ##

Synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method()\{//todo\}; synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似，只是作用范围不一样，修饰代码块是大括号括起来的范围，而修饰方法范围是整个函数。如将【Demo1】中的run方法改成如下的方式，实现的效果一样。

\*【Demo4】：synchronized修饰一个方法

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作用于整个方法的写法。  
写法一：

public synchronized void method() { // todo }

写法二：

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

写法一修饰的是一个方法，写法二修饰的是一个代码块，但写法一与写法二是等价的，都是锁定了整个方法时的内容。

在用synchronized修饰方法时要注意以下几点：   
1. synchronized关键字不能继承。   
虽然可以使用synchronized来定义方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：   
在子类方法中加上synchronized关键字

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

在子类方法中调用父类的同步方法

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

1.  在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
2.  构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。

## 修饰一个静态方法 ##

Synchronized也可修饰一个静态方法，用法如下：

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

我们知道静态方法是属于类的而不属于对象的。同样的，synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。我们对Demo1进行一些修改如下：

【Demo5】：synchronized修饰静态方法

/** * 同步线程 */ 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(); } } } public synchronized void run() { method(); } }

调用代码:

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

结果如下：

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的两个对象，但在thread1和thread2并发执行时却保持了线程同步。这是因为run中调用了静态方法method，而静态方法是属于类的，所以syncThread1和syncThread2相当于用了同一把锁。这与Demo1是不同的。

## 修饰一个类 ##

Synchronized还可作用于一个类，用法如下：

#### `class ClassName { public void method() { synchronized(ClassName.class) { // todo } } }`  我们把Demo5再作一些修改。    【Demo6】:修饰一个类     `/** * 同步线程 */ class SyncThread implements Runnable { private static int count; public SyncThread() { count = 0; } 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】是一样的，synchronized作用于一个类T时，是给这个类T加锁，T的所有对象用的是同一把锁。    ####

## 总结 ##

A. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的，则它取得的锁是对象；如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象同一把锁。   
B. 每个对象只有一个锁（lock）与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。   
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。