多线程——synchronized

最新推荐文章于 2024-12-02 11:33:21 发布

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本文详细解析了Java中的synchronized关键字，包括其作为函数修饰符和同步语句块的应用，以及对不同对象和静态成员加锁的影响。强调了正确使用同步机制的重要性。

Java 对多线程的支持与同步机制深受大家的喜爱，似乎看起来使用了 synchronized 关键字就可以轻松地解决多线程共享数据同步问题。到底如何？――还得对 synchronized 关键字的作用进行深入了解才可定论。

总的说来， 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。

在进一步阐述之前，我们需要明确几点：

A ．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。

B ．每个对象只有一个锁（ lock ）与之相关联。

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。

接着来讨论 synchronized 用到不同地方对代码产生的影响：

假设 P1 、 P2 是同一个类的不同对象，这个类中定义了以下几种情况的同步块或同步方法， P1 、 P2 就都可以调用它们。

1．把 synchronized 当作函数修饰符时，示例代码如下：

Public synchronized void methodAAA()

{

//….

}

这也就是同步方法，那这时 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。

上边的示例代码等同于如下代码：

public void methodAAA()

{

synchronized (this) // (1)

{

//…..

}

(1) 处的 this 指的是什么呢？它指的就是调用这个方法的对象，如 P1 。可见同步方法实质是将 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：（

2 ．同步块，示例代码如下：

public void method3(SomeObject so)

{

synchronized(so)

{

//…..

}

这时，锁就是 so 这个对象，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。

3 ．将 synchronized 作用于 static 函数，示例代码如下：

Class Foo

{

public synchronized static void methodAAA() // 同步的 static 函数

{

//….

}

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）。

记得在《 Effective Java 》一书中看到过将 Foo.class 和 P1.getClass() 用于作同步锁还不一样，不能用 P1.getClass() 来达到锁这个 Class 的目的。 P1 指的是由 Foo 类产生的对象。

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。 A 方法的锁是 Obj 这个对象，而 B 的锁是 Obj 所属的那个 Class 。

小结如下：

搞清楚 synchronized 锁定的是哪个对象，就能帮助我们设计更安全的多线程程序。

还有一些技巧可以让我们对共享资源的同步访问更加安全：

1．定义 private 的 instance 变量 + 它的 get 方法，而不要定义 public/protected 的 instance 变量。如果将变量定义为 public ，对象在外界可以绕过同步方法的控制而直接取得它，并改动它。这也是 JavaBean 的标准实现方式之一。

2．如果 instance 变量是一个对象，如数组或 ArrayList 什么的，那上述方法仍然不安全，因为当外界对象通过 get 方法拿到这个 instance 对象的引用后，又将其指向另一个对象，那么这个 private 变量也就变了，岂不是很危险。这个时候就需要将 get 方法也加上 synchronized 同步，并且，只返回这个 private 对象的 clone() ――这样，调用端得到的就是对象副本的引用了

（摘自：http://dev.youkuaiyun.com/article/71/71246.shtm）

synchronized的作用
一、同步方法
public synchronized void methodAAA(){

//….

}
锁定的是调用这个同步方法的对象

测试：
a、不使用这个关键字修饰方法，两个线程调用同一个对象的这个方法。
目标类：

public class TestThread {
2

public void execute() { // synchronized,未修饰
3

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
4

System.out.println(i);
5

}
6

}
7

}

线程类：

public class ThreadA implements Runnable {
2

TestThread test = null ;
3

public ThreadA(TestThread pTest) { // 对象有外部引入，这样保证是同一个对象
4

test = pTest;
5

}
6

public void run() {
7

test.execute();
8

}
9

}

调用：

TestThread test = new TestThread();
2

Runnable runabble = new ThreadA(test);
3

Thread a = new Thread(runabble, " A " );
4

a.start();
5

Thread b = new Thread(runabble, " B " );
6

b.start();

结果：
输出的数字交错在一起。说明不是同步的，两个方法在不同的线程中是异步调用的。

b、修改目标类，增加synchronized修饰

public class TestThread {
2

public synchronized void execute() { // synchronized修饰
3

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
4

System.out.println(i);
5

}
6

}
7

}

结果：
输出的数字是有序的，首先输出A的数字，然后是B，说明是同步的，虽然是不同的线程，但两个方法是同步调用的。
注意：上面虽然是两个不同的线程，但是是同一个实例对象。下面使用不同的实例对象进行测试。

c、每个线程都有独立的TestThread对象。
目标类：

public class TestThread {
2

public synchronized void execute() { // synchronized修饰
3

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
4

System.out.println(i);
5

}
6

}
7

}

线程类：

public class ThreadA implements Runnable {
2

public void run() {
3

TestThread test = new TestThread();
4

test.execute();
5

}
6

}
7

调用：

Runnable runabble = new ThreadA();
2

Thread a = new Thread(runabble, " A " );
3

a.start();
4

Thread b = new Thread(runabble, " B " );
5

b.start();

结果：
输出的数字交错在一起。说明虽然增加了synchronized 关键字来修饰方法，但是不同的线程调用各自的对象实例，两个方法仍然是异步的。

引申：
对于这种多个实例，要想实现同步即输出的数字是有序并且按线程先后顺序输出，我们可以增加一个静态变量，对它进行加锁(后面将说明锁定的对象)。

修改目标类：

public class TestThread {
2

private static Object lock = new Object(); // 必须是静态的。
3

public void execute() {
4

synchronized (lock) {
5

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
6

System.out.println(i);
7

}
8

}
9

}
10

}

二、同步代码块

public void method(SomeObject so) {
2

synchronized (so)
3

// …..
4

}
5

}

锁定一个对象，其实锁定的是该对象的引用（object reference）
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，就可以按上面的代码写程序，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（它必须是一个对象）来充当锁（上面的解决方法就是增加了一个状态锁）。

a、锁定一个对象，它不是静态的
private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance变量
目标类：

public class TestThread {
2

private Object lock = new Object();
3

public void execute() {
4

synchronized (lock) { // 增加了个锁，锁定了对象lock，在同一个类实例中，是线程安全的，但不同的实例还是不安全的。
5

因为不同的实例有不同对象锁lock
7

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
8

System.out.println(i);
9

}
10

}
11

}
12

}

其实上面锁定一个方法，等同于下面的：

public void execute() {
2

synchronized ( this ) { // 同步的是当然对象
3

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
4

System.out.println(i);
5

}
6

}
7

}

b、锁定一个对象或方法，它是静态的
这样锁定，它锁定的是对象所属的类
public synchronized static void execute(){
//...
}
等同于

public class TestThread {
2

public static void execute() {
3

synchronized (TestThread. class ) {
4

}
6

}
7

}

测试：

目标类：

public class TestThread {
2

private static Object lock = new Object();
3

public synchronized static void execute() { // 同步静态方法
4

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
5

System.out.println(i);
6

}
7

}
8

public static void execute1() {
9

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
10

System.out.println(i);
11

}
12

}
13

public void test() {
14

execute(); // 输出是有序的，说明是同步的
15

// execute1(); // 输出是无须的，说明是异步的
16

}
17

}

线程类：调用不同的方法，于是建立了两个线程类

public class ThreadA implements Runnable {
2

public void run() {
3

TestThread.execute(); // 调用同步静态方法
4

}
5

}
6

public class ThreadB implements Runnable {
7

public void run() {
8

TestThread test = new TestThread();
9

test.test(); // 调用非同步非静态方法
10

}
11

}

调用：

Runnable runabbleA = new ThreadA();
2

Thread a = new Thread(runabbleA, " A " );
3

a.start();
4

Runnable runabbleB = new ThreadB();
5

Thread b = new Thread(runabbleB, " B " );
6

b.start();

注意:
1、用synchronized 来锁定一个对象的时候，如果这个对象在锁定代码段中被修改了，则这个锁也就消失了。看下面的实例：

目标类：

public class TestThread {
2

private static final class TestThreadHolder {
3

private static TestThread theSingleton = new TestThread();
4

public static TestThread getSingleton() {
5

return theSingleton;
6

}
7

private TestThreadHolder() {
8

}
9

}
10

private Vector ve = null ;
12

private Object lock = new Object();
13

private TestThread() {
14

ve = new Vector();
15

initialize();
16

}
17

public static TestThread getInstance() {
18

return TestThreadHolder.getSingleton();
19

}
20

private void initialize() {
21

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
22

ve.add(String.valueOf(i));
23

}
24

}
25

public void reload() {
26

synchronized (lock) {
27

ve = null ;
28

ve = new Vector();
29

// lock="abc";
30

for ( int i = 0 ;i < 100 ;i ++ ) {
31

ve.add(String.valueOf(i));
32

}
33

}
34

System.out.println( " reload end " );
35

}
36

public boolean checkValid(String str) {
38

synchronized (lock) {
39

System.out.println(ve.size());
40

return ve.contains(str);
41

}
42

}
43

}

说明：在reload和checkValid方法中都增加了synchronized关键字，对lock对象进行加锁。在不同线程中对同一个对象实例分别调用reload和checkValid方法。
在reload方法中，不修改lock对象即注释lock="abc"; ，结果在控制台输出reload end后才输出100。说明是同步调用的。
如果在reload方法中修改lock对象即去掉注释，结果首先输出了一个数字(当前ve的大小)，然后输出reload end。说明是异步调用的。

2、单例模式中对多线程的考虑

public class TestThread {
2