Java 并发：内置锁 Synchronized

• 一. 线程安全问题
  • 在单线程中不会出现线程安全问题，而在多线程编程中，有可能会出现同时访问同一个 共享、可变资源 的情况，这种资源可以是：一个变量、一个对象、一个文件等。特别注意以下两点，所以，当多个线程同时访问这种资源的时候，就会存在一个问题：由于每个线程执行的过程是不可控的，所以需要采用同步机制来协同对对象可变状态的访问。 
    • 共享： 意味着该资源可以由多个线程同时访问；
    • 可变： 意味着该资源可以在其生命周期内被修改。
  • 多个个线程同时访问一个资源时，会导致程序运行结果并不是想看到的结果。这里面，这个资源被称为：临界资源。也就是说，当多个线程同时访问临界资源（一个对象，对象中的属性，一个文件，一个数据库等）时，就可能会产生线程安全问题。不过，当多个线程执行一个方法时，该方法内部的局部变量并不是临界资源，因为这些局部变量是在每个线程的私有栈中，因此不具有共享性，不会导致线程安全问题。
• 二. 如何解决线程安全问题
  • 实际上，所有的并发模式在解决线程安全问题时，采用的方案都是 序列化访问临界资源 。即在同一时刻，只能有一个线程访问临界资源，也称作 同步互斥访问。换句话说，就是在访问临界资源的代码前面加上一个锁，当访问完临界资源后释放锁，让其他线程继续访问。在 Java 中，提供了两种方式来实现同步互斥访问：synchronized 和 Lock。
• 三. synchronized 同步方法或者同步块
  • 在了解 synchronized 关键字的使用方法之前，我们先来看一个概念：互斥锁，即 能到达到互斥访问目的的锁。举个简单的例子，如果对临界资源加上互斥锁，当一个线程在访问该临界资源时，其他线程便只能等待。
  • 在 Java 中，可以使用 synchronized 关键字来标记一个方法或者代码块，当某个线程调用该对象的synchronized方法或者访问synchronized代码块时，这个线程便获得了该对象的锁，其他线程暂时无法访问这个方法，只有等待这个方法执行完毕或者代码块执行完毕，这个线程才会释放该对象的锁，其他线程才能执行这个方法或者代码块。
  • 1) synchronized方法：在一个对象的方法前加synchronized，使其具有锁，一个线程对其进行调用，只有此线程完成调用后，其他线程才能进行操作。
    • 1）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。这个原因很简单，因为一个对象只有一把锁，当一个线程获取了该对象的锁之后，其他线程无法获取该对象的锁，所以无法访问该对象的其他synchronized方法。
    • 2）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。这个原因很简单，访问非 synchronized 方法不需要获得该对象的锁，假如一个方法没用 synchronized 关键字修饰，说明它不会使用到临界资源，那么其他线程是可以访问这个方法的，
    • 3）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。
  • 2) synchronized 同步块：
    • 当在某个线程中执行这段代码块，该线程会获取对象lock的锁，从而使得其他线程无法同时访问该代码块。其中，lock 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。特别地， 实例同步方法 与 synchronized(this)同步块 是互斥的，因为它们锁的是同一个对象。但与 synchronized(非this)同步块 是异步的，因为它们锁的是不同对象。
    • 实现同步的方法：1）利用同步代码块实现；2）利用同步方法实现；
      • 1）synchronized(锁对象任意，不可以用匿名对象，不代表同一个锁){需要完整执行的代码块}；
      • 2）使用synchronized关键字修饰一个方法, 该方法中所有的代码都是同步的；
        • 非静态同步函数的锁是:this
        • 静态的同步函数的锁是:该类的字节码对象.class；------------------在方法区由appclassload加载
  • 3) class 对象锁
    • 特别地，每个类也会有一个锁，静态的 synchronized方法 就是以Class对象作为锁。另外，它可以用来控制对 static 数据成员 （static 数据成员不专属于任何一个对象，是类成员） 的并发访问。并且，如果一个线程执行一个对象的非static synchronized 方法，另外一个线程需要执行这个对象所属类的 static synchronized 方法，也不会发生互斥现象。因为访问 static synchronized 方法占用的是类锁，而访问非 static synchronized 方法占用的是对象锁，所以不存在互斥现象。将synchronized修饰在方法上JVM将隐式调用（this），flag=acc-synchronized；
  • 4）内置锁synchronized的实质就是锁在对象的monitor上，反编译之后字节码加入synchronized之后一般会有1个monitorenter，和2个monitorexit（1个对应正常结束释放锁，一个对应异常释放锁----athrow）。只要是同一对象的monitor就可锁上

    

• 四. 可重入性
  • 一般地，当某个线程请求一个由其他线程持有的锁时，发出请求的线程就会阻塞。然而，由于 Java 的内置锁是可重入的，因此如果某个线程试图获得一个已经由它自己持有的锁时，那么这个请求就会成功。可重入锁最大的作用是避免死锁。
• 五. 注意事项
  • 1). 内置锁与字符串常量：由于字符串常量池的原因，在大多数情况下，同步synchronized代码块 都不使用 String 作为锁对象，而改用其他，比如 new Object() 实例化一个 Object 对象，因为它并不会被放入缓存中。
  • 2). 锁的是对象而非引用：在将任何数据类型作为同步锁时，需要注意的是，是否有多个线程将同时去竞争该锁对象：
  • 1).若它们将同时竞争同一把锁，则这些线程之间就是同步的；
  • 2).否则，这些线程之间就是异步的。
• 六. 总结
  • 用一句话来说，synchronized 内置锁 是一种 对象锁 (锁的是对象而非引用)， 作用粒度是对象 ，可以用来实现对 临界资源的同步互斥访问 ，是 可重入 的。特别地，对于 临界资源 有：
    • 若该资源是静态的，即被 static 关键字修饰，那么访问它的方法必须是同步且是静态的，synchronized 块必须是 class锁；
    • 若该资源是非静态的，即没有被 static 关键字修饰，那么访问它的方法必须是同步的，synchronized 块是实例对象锁；
  • 实质上，关键字synchronized 主要包含两个特征：
    • 互斥性：保证在同一时刻，只有一个线程可以执行某一个方法或某一个代码块；
    • 可见性：保证线程工作内存中的变量与公共内存中的变量同步，使多线程读取共享变量时可以获得最新值的使用。