Java并发编程之synchronized

Posted 2020-09-23

在Java编程中，为了保证线程安全，有3种不同的思路
1、互斥同步：包括synchronized和lock等。

2、非阻塞同步：如AtomicInteger的increaseAndGet()方法等。

3、无同步：如ThreadLocal方案。

本文介绍使用synchronized实现同步的方法。

 

1、修饰方法

synchronized static方法：锁加在类上；synchronized 普通方法：锁加在对象上。由此可以知道：

• 当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其他线程不能访问该对象的其他synchronized方法。
• 当一个线程正在访问一个对象的synchronized方法，那么其他线程能访问该对象的非synchronized方法。
• 如果一个线程A需要访问对象object1的synchronized方法fun1，另外一个线程B需要访问对象object2的synchronized方法fun1，即使object1和object2是同一类型，也不会产生线程安全问题，因为他们访问的是不同的对象，所以不存在互斥问题。
• 如果一个线程执行一个对象的synchronized普通方法，另外一个线程需要执行这个对象所属类的synchronized static方法，此时不会发生互斥现象，因为访问synchronized static方法占用的是类锁，而访问synchronized普通方法占用的是对象锁，所以不存在互斥问题。

 

2、修饰代码块：代码如下所示。

synchronized(synObject) {
......
}

当在某个线程中执行这段代码块，该线程会获取对象synObject的锁，从而使得其他线程无法同时访问该代码块。synObject可以是this，代表获取当前对象的锁，也可以是类中的一个属性，代表获取该属性的锁。修饰代码块与修饰方法相比，更加灵活，可以选择方法中需要同步的代码块进行同步。

无论synObject是不是this，对于被同步的对象而言，不同方法之间的相互影响，类似于1中描述：如果是某对象的一个同步代码块被执行，那么该对象的所有同步代码块、同步方法，都要等该代码块执行完才能够执行；同步方法与之类似。

 

3、synchronized还可以修饰类，如下所示。

synchronized(xxx.class) {
......
}

就像synchronized(syncObject)与synchronized普通方法作用类似，synchronized(xx.class)与synchronized static方法作用类似，是加在类上的锁。同样，synchronized(xx.class)与synchronized static方法，如果是对同一类的锁，也会互斥。

 

4、对于synchronized方法或者synchronized代码块，当出现异常时，JVM会自动释放当前线程占用的锁，因此不会由于异常导致出现死锁现象。

 

5、原理解析：在Java中，每一个对象都拥有一个锁标记（monitor），多线程同时访问某个对象时，线程只有获取了该对象的锁才能访问。每个类应该也有这个标记。这就解释了为什么同一个对象的不同synchronized方法和synchronized代码块是互斥的，因为他们共用一个锁；同样解释了类层面的互斥。

对于synchronized代码块，对应的字节码是monitorenter和monitorexit；synchronized方法对应的字节码仍然是synchronized。monitorenter和monitorexit字节码指令需要reference类型的参数，当Java程序中没有明确指定时，JVM会取实例对象或Class对象作为锁对象。

注意：synchronized同步块对同一条线程来说是可重入的，不会出现自己把自己锁死的问题。

 

6、同步块在已进入的线程执行完之前，会阻塞后面其他线程的进入。而Java的线程是映射到操作系统的原生线程之上的，如果要阻塞或唤醒一个线程，都需要操作系统来帮忙完成，这就需要从用户态转换到核心态中，因此状态转换需要耗费很多的处理器时间。对于代码简单的同步块（如被synchronized修饰的getter()或setter()方法），状态转换消耗的时间有可能比用户代码执行的时间还要长。所以synchronized是Java语言中一个重量级（Heavyweight）的操作，有经验的程序员都会在确实必要的情况下才使用这种操作。而虚拟机本身也会进行一些优化，譬如在通知操作系统阻塞线程之前加入一段自旋等待过程，避免频繁地切入到核心态之中。