Java synchronized 详解

Posted 2020-08-24

下面的文字均来自其它博客和网页。

参考：http://www.jianshu.com/p/ea9a482ece5f

由于同一进程的多个线程共享同一片存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突这个严重的问题。Java语言提供了专门机制以解决这种冲突，有效避免了同一个数据对象被多个线程同时访问。
需要明确的几个问题：

• 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。
• 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。
• 每个对象只有一个锁（lock）与之相关联。
• 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。

synchronized关键字的作用域有二种：

1. 某个对象实例内，synchronized aMethod(){}可以防止多个线程同时访问这个对象的synchronized方法（如果一个对象有多个synchronized方法，只要一个线 程访问了其中的一个synchronized方法，其它线程不能同时访问这个对象中任何一个synchronized方法）。这时，不同的对象实例的 synchronized方法是不相干扰的。也就是说，其它线程照样可以同时访问相同类的另一个对象实例中的synchronized方法；
2. 某个类的范围，synchronized static aStaticMethod{}防止多个线程同时访问这个类中的synchronized static 方法。它可以对类的所有对象实例起作用。

synchronized 方法

每个类实例对应一把锁，每个 synchronized 方法都必须获得调用该方法的类实例的锁方能执行，否则所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，此后被阻塞的线程方能获得该锁，重新进入可执行状态。这种机制确保了同一时刻对于每一个类实例，其所有声明为 synchronized 的成员函数中至多只有一个处于可执行状态（因为至多只有一个能够获得该类实例对应的锁），从而有效避免了类成员变量的访问冲突（只要所有可能访问类成员变量的方法均被声明为 synchronized）。
在 Java 中，不光是类实例，每一个类也对应一把锁，这样我们也可将类的静态成员函数声明为 synchronized ，以控制其对类的静态成员变量的访问。

synchronized 方法的缺陷

同步方法，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.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：（
;若将一个大的方法声明为synchronized 将会大大影响效率，典型地，若将线程类的方法 run() 声明为 synchronized ，由于在线程的整个生命期内它一直在运行，因此将导致它对本类任何 synchronized 方法的调用都永远不会成功。当然我们可以通过将访问类成员变量的代码放到专门的方法中，将其声明为 synchronized ，并在主方法中调用来解决这一问题，但是 Java 为我们提供了更好的解决办法，那就是 synchronized 块。

synchronized 代码块

除了方法前用synchronized关键字，synchronized关键字还可以用于方法中的某个区块中，表示只对这个区块的资源实行互斥访问。用法是: synchronized(this){/区块/}，它的作用域是当前对象。
这时锁就是对象，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。

synchronized 静态方法

将synchronized作用于static 函数，示例代码如下：

Class Foo {
  // 同步的static 函数
  public synchronized static void methodAAA()  {
  //….
  }
  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）。

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。B方法的锁是Obj这个对象，而B的锁是Obj所属的那个Class。

 

文／DanieX（简书作者）
原文链接：http://www.jianshu.com/p/ea9a482ece5f
著作权归作者所有，转载请联系作者获得授权，并标注“简书作者”。

下面是另一篇博客，写得也不错。

来自： http://zhangjunhd.blog.51cto.com/113473/70300/

在并发环境下，解决共享资源冲突问题时，可以考虑使用锁机制。

1.对象的锁

所有对象都自动含有单一的锁。

JVM负责跟踪对象被加锁的次数。如果一个对象被解锁，其计数变为0。在任务（线程）第一次给对象加锁的时候，计数变为1。每当这个相同的任务（线程）在此对象上获得锁时，计数会递增。

只有首先获得锁的任务（线程）才能继续获取该对象上的多个锁。

每当任务离开一个synchronized方法，计数递减，当计数为0的时候，锁被完全释放，此时别的任务就可以使用此资源。

2.synchronized同步块

2.1同步到单一对象锁

当使用同步块时，如果方法下的同步块都同步到一个对象上的锁，则所有的任务（线程）只能互斥的进入这些同步块。

Resource1.java演示了三个线程（包括main线程）试图进入某个类的三个不同的方法的同步块中，虽然这些同步块处在不同的方法中，但由于是同步到同一个对象（当前对象 synchronized (this)），所以对它们的方法依然是互斥的。

Resource1.java

package com.zj.lock; import java.util.concurrent.TimeUnit;   public class Resource1 {     public void f() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in f()");        synchronized (this) {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in f()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        }     }       public void g() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in g()");        synchronized (this) {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in g()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        }     }       public void h() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in h()");        synchronized (this) {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in h()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        }     }       public static void main(String[] args) {        final Resource1 rs = new Resource1();          new Thread() {            public void run() {               rs.f();            }        }.start();          new Thread() {            public void run() {               rs.g();            }        }.start();          rs.h();     } }

结果：

Thread-0:not synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

main:not synchronized in h()

Thread-1:not synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

2.2 同步到多个对象锁

Resource1.java演示了三个线程（包括main线程）试图进入某个类的三个不同的方法的同步块中，这些同步块处在不同的方法中，并且是同步到三个不同的对象（synchronized (this)，synchronized(syncObject1)，synchronized (syncObject2)），所以对它们的方法中的临界资源访问是独立的。

Resource2.java

package com.zj.lock; import java.util.concurrent.TimeUnit;   public class Resource2 {     private Object syncObject1 = new Object();     private Object syncObject2 = new Object();       public void f() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in f()");        synchronized (this) {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in f()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        }     }       public void g() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in g()");        synchronized (syncObject1) {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in g()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        }     }       public void h() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in h()");        synchronized (syncObject2) {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in h()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        }     }       public static void main(String[] args) {        final Resource2 rs = new Resource2();          new Thread() {            public void run() {               rs.f();            }        }.start();          new Thread() {            public void run() {               rs.g();            }        }.start();          rs.h();     } }

结果：

Thread-0:not synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

main:not synchronized in h()

main:synchronized in h()

Thread-1:not synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

3.Lock对象锁

除了使用synchronized外，还可以使用Lock对象来创建临界区。Resource3.java的演示效果同Resource1.java；Resource4.java的演示效果同Resource2.java。

Resource3.java

package com.zj.lock; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;   public class Resource3 {     private Lock lock = new ReentrantLock();       public void f() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in f()");        lock.lock();        try {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in f()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        } finally {            lock.unlock();        }     }       public void g() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in g()");        lock.lock();        try {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in g()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        } finally {            lock.unlock();        }     }       public void h() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in h()");        lock.lock();        try {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in h()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        } finally {            lock.unlock();        }     }       public static void main(String[] args) {        final Resource3 rs = new Resource3();          new Thread() {            public void run() {               rs.f();            }        }.start();          new Thread() {            public void run() {               rs.g();            }        }.start();          rs.h();     } }

结果：

Thread-0:not synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

main:not synchronized in h()

Thread-1:not synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Resource4.java

package com.zj.lock; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;   public class Resource4 {     private Lock lock1 = new ReentrantLock();     private Lock lock2 = new ReentrantLock();     private Lock lock3 = new ReentrantLock();       public void f() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in f()");        lock1.lock();        try {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in f()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        } finally {            lock1.unlock();        }     }       public void g() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in g()");        lock2.lock();        try {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in g()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        } finally {            lock2.unlock();        }     }       public void h() {        // other operations should not be locked...        System.out.println(Thread.currentThread().getName()               + ":not synchronized in h()");        lock3.lock();        try {            for (int i = 0; i < 5; i++) {               System.out.println(Thread.currentThread().getName()                      + ":synchronized in h()");               try {                   TimeUnit.SECONDS.sleep(3);               } catch (InterruptedException e) {                   e.printStackTrace();               }            }        } finally {            lock3.unlock();        }     }       public static void main(String[] args) {        final Resource4 rs = new Resource4();          new Thread() {            public void run() {               rs.f();            }        }.start();          new Thread() {            public void run() {               rs.g();            }        }.start();          rs.h();     } }

结果：

Thread-0:not synchronized in f()

Thread-0:synchronized in f()

main:not synchronized in h()

main:synchronized in h()

Thread-1:not synchronized in g()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()

Thread-0:synchronized in f()

main:synchronized in h()

Thread-1:synchronized in g()