Java synchronized

本文详细探讨了Java中synchronized关键字的作用及应用,包括同步方法、同步代码块的概念及其对多线程的影响。并通过实例演示了如何正确使用synchronized确保线程安全。

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http://blog.youkuaiyun.com/yefengmeander/article/details/4084587

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P1P2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,P1P2就都可以调用它们。

1. 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synchronizedstatic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AB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。

 

******************

synchronized的作用(一)

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:

 

1 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:

 

1 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:

1 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

 

1 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:

 

1 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:

1 public  class ThreadA  implements Runnable{
2      public  void run() {
3           TestThread test= new TestThread();
4           test.execute();
5       }
6 }
7


调用:

1 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。

***********************

synchronized的作用(二)

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:

 

1 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

 

1 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:

 

1 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
6 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:

 

1 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 }

 

***************************

synchronized的作用(三)

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

 

1 public  class TestThread {
2      public  static  void execute(){
3          synchronized(TestThread. class){
4              //
5           }
6       }
7 }

 

测试:

目标类:

 

1 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

 

1 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:

 

1 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();

 

synchronized的作用(四)

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:

 

1 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      
11      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     
37      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

<think>嗯,用户问的是Java中的synchronized关键字,我得先回忆一下相关知识。首先,synchronized是用来处理多线程同步的,确保线程安全。应该从它的作用开始讲,比如同步方法、代码块,还有对象锁、类锁的区别。 然后,可能需要解释为什么需要synchronized,比如防止数据竞争,保证原子性、可见性、有序性。这里要联系到JMM(Java内存模型),不过用户可能不需要太深入,但至少得提到这些概念。 接下来,应用场景,比如实例方法同步、静态方法同步、同步代码块。要分别举例子说明,比如用synchronized修饰方法和代码块的区别,以及使用不同对象作为锁的情况。 还有需要注意的地方,比如锁的范围过大可能影响性能,或者死锁的问题。不过用户可能更关注基本用法,所以这部分可以简单带过,但还是要提醒注意事项。 用户可能对锁的机制不太清楚,比如对象监视器(monitor)的概念,每个对象都有一个monitor,进入synchronized块需要获取monitor的所有权。这部分需要解释清楚,但不要过于底层。 可能还需要比较一下synchronized和Lock接口的区别,比如synchronized是关键字,自动释放锁,而Lock需要手动释放,不过用户没有问这个,可能暂时不需要展开。 另外,要纠正一些常见的误解,比如synchronized只是锁对象,而不是代码。同一个对象的synchronized方法会被串行访问,不同对象则不会互相影响。静态方法锁的是类对象,所以所有实例都会被影响。 最后,总结一下使用synchronized的最佳实践,比如尽量减小同步范围,使用私有对象作为锁,避免锁住公共资源或类对象,除非必要。可能还要提到在Java 5之后synchronized的优化,比如偏向锁、轻量级锁、重量级锁的升级过程,但用户可能不需要太详细,所以简单提一下性能改进即可。 需要确保例子正确,比如同步代码块的写法,锁对象的使用。可能还要注意语法是否正确,比如synchronized后面的括号里的对象,或者直接修饰方法时的隐式锁对象。 总之,结构应该是先介绍synchronized的作用,然后用法,包括方法和代码块,再讲锁的机制,注意事项,最后应用场景和最佳实践。确保语言通俗易懂,例子清晰,避免过于技术化的术语,但又要准确。</think>Java 中的 `synchronized` 是用于实现线程同步的关键字,主要用于解决多线程环境下的**数据竞争**和**原子性**问题。以下是分步解析: --- ### 一、`synchronized` 的核心作用 1. **互斥访问** 确保同一时刻只有一个线程能访问被保护的代码或对象,避免并发修改导致数据不一致。 2. **内存可见性** 通过同步机制强制线程从主内存读取共享变量,而不是使用本地缓存。 3. **原子性** 保证同步代码块内的操作不可分割,要么全部执行,要么完全不执行。 --- ### 二、`synchronized` 的用法 #### 1. 同步实例方法 - **锁对象**:当前实例(`this`) - **适用场景**:保护实例变量的线程安全。 ```java public synchronized void add(int value) { this.count += value; } ``` #### 2. 同步静态方法 - **锁对象**:类的 `Class` 对象(如 `MyClass.class`) - **适用场景**:保护静态变量的线程安全。 ```java public static synchronized void staticMethod() { // 操作静态变量 } ``` #### 3. 同步代码块 - **锁对象**:可以是任意对象(建议用私有对象,避免外部干扰) - **适用场景**:减少锁的粒度,提升性能。 ```java private final Object lock = new Object(); public void doSomething() { synchronized(lock) { // 需要同步的代码 } } ``` --- ### 三、底层原理 1. **监视器锁(Monitor)** - 每个 Java 对象都与一个监视器关联。 - 线程进入 `synchronized` 块时,需先获取对象的监视器锁;退出时自动释放锁。 2. **字节码实现** - 通过 `monitorenter` 和 `monitorexit` 指令实现锁的获取和释放。 --- ### 四、注意事项 1. **锁的范围** 尽量缩小同步代码块的范围,避免不必要的性能损耗。 2. **死锁风险** 避免嵌套获取多个锁,或确保所有线程以相同顺序获取锁。 3. **锁对象的选择** - 不要使用字符串常量或基本类型包装类(如 `Integer`)作为锁。 - 建议用 `private final Object` 作为专用锁。 --- ### 五、典型应用场景 1. **单例模式的双重检查锁(Double-Checked Locking)** ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized(Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 2. **线程安全的计数器** ```java public class Counter { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } } ``` --- ### 六、与 `Lock` 的区别 | 特性 | `synchronized` | `Lock` | |--------------------|-------------------------|--------------------------| | 锁获取方式 | 自动获取和释放 | 需手动调用 `lock()`/`unlock()` | | 可中断性 | 不支持 | 支持 | | 公平性 | 非公平 | 可配置公平策略 | | 条件变量 | 通过 `wait()`/`notify()` | 通过 `Condition` 类 | --- ### 七、性能优化(Java 6+) - **锁升级机制**: 偏向锁 → 轻量级锁 → 重量级锁,根据竞争情况动态调整,减少锁开销。 --- 通过合理使用 `synchronized`,可以有效解决多线程并发问题,但需结合具体场景权衡性能与安全性。
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