详解synchronized锁的各种用法及注意事项-synchronized 锁方法

1 前言

本文主要通过简单的demo来阐述synchronized锁的各种用法以及使用synchronized锁的相关注意事项，记录下来同时也方便自己记忆。

synchronized锁是jvm内置的锁，不同于ReentrantLock锁。synchronized关键字可以修饰方法，也可以修饰代码块。synchronized关键字修饰方法时可以修饰静态方法，也可以修饰非静态方法；同样，synchronized关键字修饰代码块时可以修饰对象，也可以修饰类。当然，synchronized修饰静态方法/类和非静态方法/对象时的作用范围是不同的。下面通过各种demo来详解synchronized的各种用法及注意事项。

2 synchronized类锁

这里所说的synchronized类锁的作用范围是类级别的，不会因为同一个类的不同对象执行而失效。

2.1 synchronized修饰同一个类的两个静态方法时互斥

public class SynchronizeAndClassLock {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        new Thread(() -> {  
            // new了一个ClassLock对象  
            new ClassLock().test1();  
        }).start();  
        new Thread(() -> {  
            // new了另一个ClassLock对象  
            new ClassLock().test2();  
        }).start();  
    } 
}  
class ClassLock {  
    public synchronized static void test1(){  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {}  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    }  
 // 【注意】public static void test2(){ 不会互斥，因为此时test2没有使用类锁。  
    public synchronized static void test2(){ 
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {}  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    }  
}

运行结果：

【结论】两个线程分别同时执行同一个类产生的不同对象的两个不同 synchronized static方法，类锁生效，虽然是不同对象，因为两个线程使用的是同一个类锁。反过来，假如test2方法没有synchronized修饰的话，只有test1方法有被synchronized修饰，此时两个方法也不会互斥，一个有锁，一个没有锁，自然不会互斥。

2.2 synchronized分别修饰同一个类的静态方法和当前类时互斥

public class SynchronizeAndClassLock2 {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        new Thread(() -> {  
            // new了一个ClassLock2对象  
            new ClassLock2().test1();  
            // ClassLock2.test1(); 
        }).start();  
        new Thread(() -> {  
            // new了另一个ClassLock2对象  
            new ClassLock2().test2();  
            // ClassLock2.test2();  
        }).start();  
    } 
}  
class ClassLock2 {  
    public synchronized static void test1(){  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {}  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    } 
    public static void test2(){  
     // 【注意】synchronized (SynchronizeAndClassLock2.class)不会互斥  
        synchronized (ClassLock2.class) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try { 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        }  
    }  
}

运行结果：

【结论】两个线程同时分别执行一个被synchronized修饰static方法，一个有synchnized(该类)代码块的static方法，锁生效，虽然是不同对象，因为两个线程使用的同一个类锁。反过来，如果是修饰的不同类，因为类锁不同，肯定不会互斥，比如将test2方法的synchronized (ClassLock2.class)这句代码改成synchronized (SynchronizeAndClassLock2.class),此时不会互斥。

2.3 synchronized分别修饰同一个静态对象时互斥

public class SynchronizeAndClassLock10 {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        new Thread(() -> {  
            new RunObject1().test1();  
        }).start();  
        new Thread(() -> {  
            new RunObject2().test2();  
        }).start();  
    }  
}  
class RunObject1 {  
    public static void test1(){  
     // 【1】synchronized (StaticLock2.staticLock1) {  
        synchronized (StaticLock2.staticLock) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try {  
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        }  
    }  
}  
class RunObject2 {  
    public static void test2() {  
     // 【2】synchronized (StaticLock2.staticLock2) {  
        synchronized (StaticLock2.staticLock) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try {  
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        }  
    }  
}  
class StaticLock2 {  
    public static Object staticLock = new Object();  
}

运行结果：

【结论】synchronized分别修饰同一个类的静态对象时互斥,反过来，如果是修饰不同的静态对象，肯定不会互斥，比如将上面代码中标【1】和【2】的synchronized代码结合使用。

3 synchronized对象锁

这里说的synchronized对象锁的作用范围是对象级别的即仅仅作用于同一个对象，如果是同一个类的两个不同的对象是不会互斥的，即没有效果的。

3.1 synchronized修饰同一个类对象的两个非静态方法时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock2 {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        // 【注意】当且仅当是同一个SynchronizeAndObjectLock2对象  
        SynchronizeAndObjectLock2 synchronizeAndObjectLock2 = new SynchronizeAndObjectLock2();  
        new Thread(() -> { 
            synchronizeAndObjectLock2.test1();  
        }).start();  
        new Thread(() -> {  
            synchronizeAndObjectLock2.test2();  
        }).start();  
    }  
    public synchronized void test1(){  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {}  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    }  
    public synchronized void test2(){  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {} 
         System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    }  
}

运行结果：

【结论】两个线程同时执行被synchronized修饰的相同对象的不同（相同）方法，锁生效，因为两个线程使用的是相同的对象锁

3.2 synchronized分别修饰同一个类对象的非静态方法和当前对象时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock3 {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        // 【注意】当且仅当是同一个SynchronizeAndObjectLock3对象  
        SynchronizeAndObjectLock3 synchronizeAndObjectLock3 = new SynchronizeAndObjectLock3();  
        new Thread(() -> {  
            synchronizeAndObjectLock3.test1();  
        }).start(); 
        new Thread(() -> {  
            synchronizeAndObjectLock3.test2();  
        }).start();  
    }  
    public void test1(){  
        synchronized(this) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try {  
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        } 
    }  
    public synchronized void test2(){  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try { 
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {}  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    } 
 }

运行结果：

【结论】snchronized修饰非静态方法与synchronized(this)互斥，可见，snchronized修饰非静态方法实质锁的是当前对象。

3.3 synchronized修饰不同对象的两个非静态方法时不会互斥

public class SynchronizeAndObjectLock {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        new Thread(() -> {  
            // 这里new 了一个SynchronizeAndObjectLock对象  
            new SynchronizeAndObjectLock().test1();  
        }).start();  
        new Thread(() -> {  
            // 这里new 了另一个SynchronizeAndObjectLock对象  
            new SynchronizeAndObjectLock().test2();  
        }).start();  
    }  
    public synchronized void test1(){  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {}  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    } 
    public synchronized void test2(){  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
        try {  
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
        } catch (Exception e) {}  
        System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
    }  
}

运行结果：

【结论】两个线程同时执行被synchronized修饰的不同对象的不同（相同）方法，锁未生效，因为两个线程使用的是不同的对象锁。

3.4 synchronized代码块修饰同一个对象时互斥

public class SynchronizeAndObjectLock5 {  
    private Object objectLock = new Object();  
    public static void main(String[] args) throws Exception {      
        SynchronizeAndObjectLock5 synchronizeAndObjectLock5 = new SynchronizeAndObjectLock5();  
        new Thread(() -> {  
            synchronizeAndObjectLock5.test1();  
        }).start();  
        new Thread(() -> {  
            synchronizeAndObjectLock5.test2();  
        }).start();  
    }  
    public void test1(){  
        synchronized(objectLock) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try {  
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        }  
    }  
    public void test2(){  
        synchronized(objectLock) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try {  
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        }  
    }  
}

运行结果

【结论】synchronized代码块修饰同一个对象时互斥，若synchronized代码块修饰的是不同对象，那么不会互斥。

4 synchronized修饰当前类和当前对象时不会互斥

public class ClassAndObjectLock {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        new Thread(() -> {  
            ClassAndObjectLock.test1();  
        }).start();  
        new Thread(() -> {  
            new ClassAndObjectLock().test2();  
        }).start();  
    }  
    public static void test1(){  
        synchronized (ClassAndObjectLock.class) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try {  
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        }  
    }  
    public void test2(){  
        synchronized (this) {  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " begin...");  
            try {  
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  
            } catch (Exception e) {}  
            System.out.println(new Date() + " " + Thread.currentThread().getName() + " end...");  
        }  
    }  
}

运行结果：

【结论】可见，类锁和对象锁是相互独立的，互不相斥。

5 synchronized锁注意事项

5.1 synchronized锁不能被中断

为了模拟synchronized锁不可中断，下面先让两个线程进入死锁，然后再用main线程去中断其中一个线程，看被中断的线程能否释放锁并被唤醒。

public class DeadLockCannotInterruptDemo {  
    private static Object lock1 = new Object();  
    private static Object lock2 = new Object();  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                synchronized (lock1) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");  
                    try {  
                        Thread.sleep(10);  
                        synchronized (lock2) {  
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");  
                        } 
                     } catch (InterruptedException e) {  
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                }  
            }  
        }); 
        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {  
            @Override  
            public void run() {  
                synchronized (lock2) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");  
                    try {  
                        Thread.sleep(10);  
                        synchronized (lock1) {  
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");  
                        }  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                        e.printStackTrace();  
                    }  
                }  
            }  
        });  
        threadA.start();  
        threadB.start();  
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);  
        System.out.println("main thread begin to interrupt " + threadA.getName() + " and " + threadA.getName() + " will release lock1...");  
        threadA.interrupt();  
    } 
}

运行结果：

【结论】如上图，main线程中断Thread-0后，Thread-0并不会释放锁并醒过来。同样的，ReentrantLock的tryLock或lockInterruptibly是可以被中断的。

5.2 synchronized锁可重入

5.2.1 不同方法，synchronized是可重入的

public class SynchronizeAndReentrant {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        SynchronizeAndReentrant synchronizeAndReentrant = new SynchronizeAndReentrant();  
        synchronizeAndReentrant.test1();  
    } 
    public synchronized void test1(){  
        System.out.println(" test1 method is called...");  
        test2();  
    }  
    public synchronized void test2(){  
        System.out.println(" test2 method is called...");  
    }  
}

运行结果：

5.2.2 相同方法，synchronized是可重入的

public class SynchronizeAndReentrant2 {  
    int i = 1;  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        SynchronizeAndReentrant2 synchronizeAndReentrant = new SynchronizeAndReentrant2();  
        synchronizeAndReentrant.test1();  
    }  
    public synchronized void test1(){  
        System.out.println(" test1 method is called " + i++ + "st time..." );  
        while(i < 5) {  
            test1();  
        }  
    }  
}

运行结果：

5.3 synchronized锁不带超时功能

synchronized锁不带超时功能,而ReentrantLock的tryLock是具备带超时功能的，在指定时间没获取到锁，该线程会苏醒，有助于预防死锁的产生。

5.4 唤醒/等待需要synchronized锁

public class NotifyNeedSynchronized {  
    public static Object lock = new Object();  
    public static void main(String[] args) throws Exception{  
        // 抛出IllegalMonitorStateException  
        //lock.notify();  
        lock.wait();  
    }  
}

运行结果：

【结论】使用Object的notify和wait等方法时，必须要使用synchronized锁，否则会抛出IllegalMonitorStateException。

5.5 使用synchronized锁时尽量缩小范围以保证性能

使用synchronized锁时，为了尽可能提高性能，我们应该尽量缩小锁的范围。能不锁方法就不锁方法，推荐尽量使用synchronized代码块来降低锁的范围。以下面的一段netty源码为例：

// ServerBootstrap.java  
public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> childOption, T value) {  
    if (childOption == null) {  
        throw new NullPointerException("childOption");  
    }  
    if (value == null) {  
        synchronized (childOptions) {  
            childOptions.remove(childOption);  
        }  
    } else {  
        synchronized (childOptions) {  
            childOptions.put(childOption, value);  
        }  
    }  
    return this;  
}

可见，找到并发访问代码的临界区，并不用synchronized锁全部代码，尽量避免使用synchronized来修饰方法。

6 总结

本文对synchronized的各种用法及注意事项通过demo简单梳理了下，后面有时间会探讨下synchronized的原理。