Java中如何使用Synchronized？
《編程思想之多線程與多進(jìn)程(1)——以操作系統(tǒng)的角度述說(shuō)線程與進(jìn)程》一文詳細(xì)講述了線程、進(jìn)程的關(guān)系及在操作系統(tǒng)中的表現(xiàn)，這是多線程學(xué)習(xí)必須了解的基礎(chǔ)。本文將接著講一下Java線程同步中的一個(gè)重要的概念synchronized.
synchronized是Java中的關(guān)鍵字，是一種同步鎖。它修飾的對(duì)象有以下幾種：?
1. 修飾一個(gè)代碼塊，被修飾的代碼塊稱為同步語(yǔ)句塊，其作用的范圍是大括號(hào){}括起來(lái)的代碼，作用的對(duì)象是調(diào)用這個(gè)代碼塊的對(duì)象；?
2. 修飾一個(gè)方法，被修飾的方法稱為同步方法，其作用的范圍是整個(gè)方法，作用的對(duì)象是調(diào)用這個(gè)方法的對(duì)象；?
3. 修改一個(gè)靜態(tài)的方法，其作用的范圍是整個(gè)靜態(tài)方法，作用的對(duì)象是這個(gè)類的所有對(duì)象；?
4. 修改一個(gè)類，其作用的范圍是synchronized后面括號(hào)括起來(lái)的部分，作用主的對(duì)象是這個(gè)類的所有對(duì)象。
修飾一個(gè)代碼塊 一個(gè)線程訪問(wèn)一個(gè)對(duì)象中的synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，其他試圖訪問(wèn)該對(duì)象的線程將被阻塞。我們看下面一個(gè)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;
???}
}123456789101112131415161718192021222324252627123456789101112131415161718192021222324252627
SyncThread的調(diào)用：
SyncThread?syncThread?=?new?SyncThread(); Thread?thread1?=?new?Thread(syncThread,?"SyncThread1"); Thread?thread2?=?new?Thread(syncThread,?"SyncThread2"); thread1.start(); thread2.start();
1234512345
結(jié)果如下：
SyncThread1:0?
SyncThread1:1?
SyncThread1:2?
SyncThread1:3?
SyncThread1:4?
SyncThread2:5?
SyncThread2:6?
SyncThread2:7?
SyncThread2:8?
SyncThread2:9*
當(dāng)兩個(gè)并發(fā)線程(thread1和thread2)訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象(syncThread)中的synchronized代碼塊時(shí)，在同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程得到執(zhí)行，另一個(gè)線程受阻塞，必須等待當(dāng)前線程執(zhí)行完這個(gè)代碼塊以后才能執(zhí)行該代碼塊。Thread1和thread2是互斥的，因?yàn)樵趫?zhí)行synchronized代碼塊時(shí)會(huì)鎖定當(dāng)前的對(duì)象，只有執(zhí)行完該代碼塊才能釋放該對(duì)象鎖，下一個(gè)線程才能執(zhí)行并鎖定該對(duì)象。?
我們?cè)侔裇yncThread的調(diào)用稍微改一下：
Thread?thread1?=?new?Thread(new?SyncThread(),?"SyncThread1"); Thread?thread2?=?new?Thread(new?SyncThread(),?"SyncThread2"); thread1.start(); thread2.start();
12341234
結(jié)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(shuō)一個(gè)線程執(zhí)行synchronized代碼塊時(shí)其它的線程受阻塞嗎？為什么上面的例子中thread1和thread2同時(shí)在執(zhí)行。這是因?yàn)閟ynchronized只鎖定對(duì)象，每個(gè)對(duì)象只有一個(gè)鎖（lock）與之相關(guān)聯(lián)，而上面的代碼等同于下面這段代碼：
SyncThread?syncThread1?=?new?SyncThread(); SyncThread?syncThread2?=?new?SyncThread(); Thread?thread1?=?new?Thread(syncThread1,?"SyncThread1"); Thread?thread2?=?new?Thread(syncThread2,?"SyncThread2"); thread1.start(); thread2.start();
123456123456
這時(shí)創(chuàng)建了兩個(gè)SyncThread的對(duì)象syncThread1和syncThread2，線程thread1執(zhí)行的是syncThread1對(duì)象中的synchronized代碼(run)，而線程thread2執(zhí)行的是syncThread2對(duì)象中的synchronized代碼(run)；我們知道synchronized鎖定的是對(duì)象，這時(shí)會(huì)有兩把鎖分別鎖定syncThread1對(duì)象和syncThread2對(duì)象，而這兩把鎖是互不干擾的，不形成互斥，所以兩個(gè)線程可以同時(shí)執(zhí)行。
2.當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)對(duì)象的一個(gè)synchronized(this)同步代碼塊時(shí)，另一個(gè)線程仍然可以訪問(wèn)該對(duì)象中的非synchronized(this)同步代碼塊。?
【Demo2】：多個(gè)線程訪問(wèn)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(duì)count進(jìn)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();
??????}
???}
}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940411234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041
調(diào)用代碼:
Counter?counter?=?new?Counter(); Thread?thread1?=?new?Thread(counter,?"A"); Thread?thread2?=?new?Thread(counter,?"B"); thread1.start(); thread2.start();
1234512345
結(jié)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
上面代碼中countAdd是一個(gè)synchronized的，printCount是非synchronized的。從上面的結(jié)果中可以看出一個(gè)線程訪問(wèn)一個(gè)對(duì)象的synchronized代碼塊時(shí)，別的線程可以訪問(wèn)該對(duì)象的非synchronized代碼塊而不受阻塞。
指定要給某個(gè)對(duì)象加鎖
【Demo3】:指定要給某個(gè)對(duì)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());
??????}
???}
}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515212345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152
調(diào)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();
}123456789123456789
結(jié)果如下：
Thread3:10000.0?
Thread2:10000.0?
Thread1:10000.0?
Thread4:10000.0?
Thread0:10000.0
在AccountOperator 類中的run方法里，我們用synchronized 給account對(duì)象加了鎖。這時(shí)，當(dāng)一個(gè)線程訪問(wèn)account對(duì)象時(shí)，其他試圖訪問(wèn)account對(duì)象的線程將會(huì)阻塞，直到該線程訪問(wèn)account對(duì)象結(jié)束。也就是說(shuō)誰(shuí)拿到那個(gè)鎖誰(shuí)就可以運(yùn)行它所控制的那段代碼。?
當(dāng)有一個(gè)明確的對(duì)象作為鎖時(shí)，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(duì)象
???synchronized(obj)
???{
??????//?todo
???}
}1234567812345678
當(dāng)沒(méi)有明確的對(duì)象作為鎖，只是想讓一段代碼同步時(shí)，可以創(chuàng)建一個(gè)特殊的對(duì)象來(lái)充當(dāng)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()?{
???}
}12345678910111213141234567891011121314
說(shuō)明：零長(zhǎng)度的byte數(shù)組對(duì)象創(chuàng)建起來(lái)將比任何對(duì)象都經(jīng)濟(jì)――查看編譯后的字節(jié)碼：生成零長(zhǎng)度的byte[]對(duì)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(gè)方法
Synchronized修飾一個(gè)方法很簡(jiǎn)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(gè)代碼塊類似，只是作用范圍不一樣，修飾代碼塊是大括號(hào)括起來(lái)的范圍，而修飾方法范圍是整個(gè)函數(shù)。如將【Demo1】中的run方法改成如下的方式，實(shí)現(xiàn)的效果一樣。
*【Demo4】：synchronized修飾一個(gè)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();
??????}
???}
}1234567891012345678910
Synchronized作用于整個(gè)方法的寫法。?
寫法一：
public?synchronized?void?method()
{
???//?todo
}12341234
寫法二：
public?void?method()
{
???synchronized(this)?{
??????//?todo
???}
}123456123456
寫法一修飾的是一個(gè)方法，寫法二修飾的是一個(gè)代碼塊，但寫法一與寫法二是等價(jià)的，都是鎖定了整個(gè)方法時(shí)的內(nèi)容。
在用synchronized修飾方法時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：?
1. synchronized關(guān)鍵字不能繼承。?
雖然可以使用synchronized來(lái)定義方法，但synchronized并不屬于方法定義的一部分，因此，synchronized關(guān)鍵字不能被繼承。如果在父類中的某個(gè)方法使用了synchronized關(guān)鍵字，而在子類中覆蓋了這個(gè)方法，在子類中的這個(gè)方法默認(rèn)情況下并不是同步的，而必須顯式地在子類的這個(gè)方法中加上synchronized關(guān)鍵字才可以。當(dāng)然，還可以在子類方法中調(diào)用父類中相應(yīng)的方法，這樣雖然子類中的方法不是同步的，但子類調(diào)用了父類的同步方法，因此，子類的方法也就相當(dāng)于同步了。這兩種方式的例子代碼如下：?
在子類方法中加上synchronized關(guān)鍵字
class?Parent?{
???public?synchronized?void?method()?{?}
}
class?Child?extends?Parent?{
???public?synchronized?void?method()?{?}
}123456123456
在子類方法中調(diào)用父類的同步方法
class?Parent?{
???public?synchronized?void?method()?{???}
}
class?Child?extends?Parent?{
???public?void?method()?{?super.method();???}
}123456123456在定義接口方法時(shí)不能使用synchronized關(guān)鍵字。構(gòu)造方法不能使用synchronized關(guān)鍵字，但可以使用synchronized代碼塊來(lái)進(jìn)行同步。?
修飾一個(gè)靜態(tài)的方法
Synchronized也可修飾一個(gè)靜態(tài)方法，用法如下：
public?synchronized?static?void?method()?{
???//?todo
}123123
我們知道靜態(tài)方法是屬于類的而不屬于對(duì)象的。同樣的，synchronized修飾的靜態(tài)方法鎖定的是這個(gè)類的所有對(duì)象。我們對(duì)Demo1進(jìn)行一些修改如下：
【Demo5】：synchronized修飾靜態(tài)方法
/**
?*?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();
?????????}
??????}
???}
???public?synchronized?void?run()?{
??????method();
???}
}1234567891011121314151617181920212223242512345678910111213141516171819202122232425
調(diào)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();
123456123456
結(jié)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的兩個(gè)對(duì)象，但在thread1和thread2并發(fā)執(zhí)行時(shí)卻保持了線程同步。這是因?yàn)閞un中調(diào)用了靜態(tài)方法method，而靜態(tài)方法是屬于類的，所以syncThread1和syncThread2相當(dāng)于用了同一把鎖。這與Demo1是不同的。
修飾一個(gè)類
Synchronized還可作用于一個(gè)類，用法如下：
class?ClassName?{
???public?void?method()?{
??????synchronized(ClassName.class)?{
?????????//?todo
??????}
???}
}12345671234567
我們把Demo5再作一些修改。?
【Demo6】:修飾一個(gè)類
/**
?*?同步線程
?*/
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();
???}
}123456789101112131415161718192021222324252627123456789101112131415161718192021222324252627
其效果和【Demo5】是一樣的，synchronized作用于一個(gè)類T時(shí)，是給這個(gè)類T加鎖，T的所有對(duì)象用的是同一把鎖。
總結(jié)：
A. 無(wú)論synchronized關(guān)鍵字加在方法上還是對(duì)象上，如果它作用的對(duì)象是非靜態(tài)的，則它取得的鎖是對(duì)象；如果synchronized作用的對(duì)象是一個(gè)靜態(tài)方法或一個(gè)類，則它取得的鎖是對(duì)類，該類所有的對(duì)象同一把鎖。?
B. 每個(gè)對(duì)象只有一個(gè)鎖（lock）與之相關(guān)聯(lián)，誰(shuí)拿到這個(gè)鎖誰(shuí)就可以運(yùn)行它所控制的那段代碼。?
C. 實(shí)現(xiàn)同步是要很大的系統(tǒng)開銷作為代價(jià)的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無(wú)謂的同步控制。
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