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Java synchronized 详解

2017-09-17 16:42 232 查看
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,synchronizedaMethod(){}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)。但是这时,【不同的对象实例】的synchronized方法是【互不干扰】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【不同的对象实例】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A方法的锁是Obj所属的那个Class。 ==================================================================================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
[align=left]package com.zj.lock;[/align][align=left]import java.util.concurrent.TimeUnit;[/align][align=left] [/align][align=left]public class Resource1 {[/align][align=left]    public void f() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in f()");[/align][align=left]       synchronized (this) {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in f()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void g() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in g()");[/align][align=left]       synchronized (this) {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in g()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void h() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in h()");[/align][align=left]       synchronized (this) {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in h()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public static void main(String[] args) {[/align][align=left]       final Resource1 rs = new Resource1();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.f();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.g();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       rs.h();[/align][align=left]    }[/align]}
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 同步到多个对象锁以下演示了三个线程(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】中(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
[align=left]package com.zj.lock;[/align][align=left]import java.util.concurrent.TimeUnit;[/align][align=left] [/align][align=left]public class Resource2 {[/align][align=left]    private Object syncObject1 = new Object();[/align][align=left]    private Object syncObject2 = new Object();[/align][align=left] [/align][align=left]    public void f() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in f()");[/align][align=left]       synchronized (this) {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in f()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void g() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in g()");[/align][align=left]       synchronized (syncObject1) {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in g()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void h() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in h()");[/align][align=left]       synchronized (syncObject2) {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in h()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public static void main(String[] args) {[/align][align=left]       final Resource2 rs = new Resource2();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.f();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.g();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       rs.h();[/align][align=left]    }[/align]}
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
[align=left]package com.zj.lock;[/align][align=left]import java.util.concurrent.TimeUnit;[/align][align=left]import java.util.concurrent.locks.Lock;[/align][align=left]import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;[/align][align=left] [/align][align=left]public class Resource3 {[/align][align=left]    private Lock lock = new ReentrantLock();[/align][align=left] [/align][align=left]    public void f() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":not synchronized in f()");[/align][align=left]       lock.lock();[/align][align=left]       try {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in f()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       } finally {[/align][align=left]           lock.unlock();[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void g() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()  + ":not synchronized in g()");[/align][align=left]       lock.lock();[/align][align=left]       try {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in g()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       } finally {[/align][align=left]           lock.unlock();[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void h() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":not synchronized in h()");[/align][align=left]       lock.lock();[/align][align=left]       try {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in h()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       } finally {[/align][align=left]           lock.unlock();[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public static void main(String[] args) {[/align][align=left]       final Resource3 rs = new Resource3();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.f();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.g();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       rs.h();[/align][align=left]    }[/align]}
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
[align=left]package com.zj.lock;[/align][align=left]import java.util.concurrent.TimeUnit;[/align][align=left]import java.util.concurrent.locks.Lock;[/align][align=left]import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;[/align][align=left] [/align][align=left]public class Resource4 {[/align][align=left]    private Lock lock1 = new ReentrantLock();[/align][align=left]    private Lock lock2 = new ReentrantLock();[/align][align=left]    private Lock lock3 = new ReentrantLock();[/align][align=left] [/align][align=left]    public void f() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in f()");[/align][align=left]       lock1.lock();[/align][align=left]       try {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in f()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       } finally {[/align][align=left]           lock1.unlock();[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void g() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in g()");[/align][align=left]       lock2.lock();[/align][align=left]       try {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in g()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       } finally {[/align][align=left]           lock2.unlock();[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public void h() {[/align][align=left]       // other operations should not be locked...[/align][align=left]       System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]              + ":not synchronized in h()");[/align][align=left]       lock3.lock();[/align][align=left]       try {[/align][align=left]           for (int i = 0; i < 5; i++) {[/align][align=left]              System.out.println(Thread.currentThread().getName()[/align][align=left]                     + ":synchronized in h()");[/align][align=left]              try {[/align][align=left]                  TimeUnit.SECONDS.sleep(3);[/align][align=left]              } catch (InterruptedException e) {[/align][align=left]                  e.printStackTrace();[/align][align=left]              }[/align][align=left]           }[/align][align=left]       } finally {[/align][align=left]           lock3.unlock();[/align][align=left]       }[/align][align=left]    }[/align][align=left] [/align][align=left]    public static void main(String[] args) {[/align][align=left]       final Resource4 rs = new Resource4();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.f();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       new Thread() {[/align][align=left]           public void run() {[/align][align=left]              rs.g();[/align][align=left]           }[/align][align=left]       }.start();[/align][align=left] [/align][align=left]       rs.h();[/align][align=left]    }[/align]}
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()
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