实操 Synchronized关键字，拿下它！-synchronized关键字

本文大纲：

synchronized是啥?

synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性，synchronized关键字可以保证被它修饰的方法或者代码块在任意时刻只能有一个线程执行。

主要用法如下：

1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象;

2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象;

3. 修饰一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象;

4. 修饰一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

使用规则如下：

synchronized原理

实现原理：JVM 是通过进入、退出对象监视器(Monitor) 来实现对方法、同步块的同步的，而对象监视器的本质依赖于底层操作系统的互斥锁(Mutex Lock) 实现。

具体实现是在编译之后在同步方法调用前加入一个monitor.enter指令，在退出方法和异常处插入monitor.exit的指令。

对于没有获取到锁的线程将会阻塞到方法入口处，直到获取锁的线程monitor.exit之后才能尝试继续获取锁。

流程图如下：

运行下面的代码：

public static void main(String[] args) {
    synchronized (Synchronize.class){
        System.out.println("Synchronize");
    }
}

使用命令javap -c TestSyn.class可以查看编译之后的具体信息。

可以看到在同步块的入口和出口分别有monitorenter和monitorexit指令。当执行monitorenter指令时，线程试图获取锁也就是获取monitor(monitor对象存在于每个Java对象的对象头中，synchronized锁便是通过这种方式获取锁的，也是为什么Java中任意对象可以作为锁的原因)的持有权。当计数器为0则可以成功获取，获取后将锁计数器设为1也就是加1。相应的在执行monitorexit指令后，将锁计数器设为0，表明锁被释放。如果获取对象锁失败，那当前线程就要阻塞等待，直到锁被另外一个线程释放为止。

在synchronized修饰方法时是添加ACC_SYNCHRONIZED标识，该标识指明了该方法是一个同步方法，JVM通过该ACC_SYNCHRONIZED访问标志来辨别一个方法是否声明为同步方法，从而执行相应的同步调用。

synchronized的特点：

修饰代一个码块

1.一个线程访问一个对象中的synchronized(this)同步代码块时，其他试图访问该对象的线程将被阻塞。

public class TestSyn {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用关键字synchronized");
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");
        Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
class SyncThread implements Runnable {
    private static int count;
    public SyncThread() {
        count = 0;
    }
    public  void run() {
        synchronized (SyncThread.class){
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println("线程名:"+Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

运行结果如下：

把synchronized注释掉

public class TestSyn {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用关键字synchronized");
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");
        Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
class SyncThread implements Runnable {
    private static int count;
    public SyncThread() {
        count = 0;
    }
    public  void run() {
//        synchronized (SyncThread.class){
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println("线程名:"+Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
//        }
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

运行结果如下：

当两个并发线程thread1和thread2访问同一个对象syncThread中的synchronized代码块时，在同一时刻只能有一个线程得到执行，另一个线程受阻塞，必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。thread1和thread2是互斥的，因为在执行synchronized代码块时会锁定当前的对象，只有执行完该代码块才能释放该对象锁，下一个线程才能执行并锁定该对象。

我们再把SyncThread的调用稍微改一下：

public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用关键字synchronized每次调用进行new SyncThread()");
        Thread thread1 = new Thread( new SyncThread(), "SyncThread1");
        Thread thread2 = new Thread( new SyncThread(), "SyncThread2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

运行结果如下：

为什么上面的例子中thread1和thread2同时在执行。这是因为synchronized只锁定对象，每个对象只有一个锁(lock)与之相关联，修改后的代码thread1和thread2是两个不同的对象，上面的代码也等同于下面这段代码：

public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用关键字synchronized每次调用进行new SyncThread()");
        SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
        SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
        Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
        Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

这时创建了两个SyncThread的对象syncThread1和syncThread2，线程thread1执行的是syncThread1对象中的synchronized代码(run)，而线程thread2执行的是syncThread2对象中的synchronized代码(run);我们知道synchronized锁定的是对象，这时会有两把锁分别锁定syncThread1对象和syncThread2对象，这两把锁是互不干扰的，不形成互斥，所以两个线程可以同时执行。

2.当一个线程访问对象的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该对象中的非synchronized(this)同步代码块。

多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

public class TestSyn {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用关键字synchronized");
        Mthreads mt=new Mthreads();
        Thread thread1 = new Thread(mt, "mt1");
        Thread thread2 = new Thread(mt, "mt2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
class Mthreads implements Runnable {
    private int count;

    public Mthreads() {
        count = 0;
    }

    public void countAdd() {
        synchronized (this) {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    //非synchronized代码块，未对count进行读写操作，所以可以不用synchronized
    public void printCount() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count);
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public void run() {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        if (threadName.equals("mt1")) {
            countAdd();
        } else if (threadName.equals("mt2")) {
            printCount();
        }
    }
}

运行结果：

上面代码中countAdd是一个synchronized的，printCount是非synchronized的。从上面的结果中可以看出一个线程访问一个对象的synchronized代码块时，别的线程可以访问该对象的非synchronized代码块而不受阻塞。

修饰一个方法

synchronized修饰一个方法很简单，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method(){}; synchronized修饰方法和修饰一个代码块类似，只是作用范围不一样，修饰代码块是大括号括起来的范围，而修饰方法范围是整个函数。如将的run方法改成如下的方式，实现的效果一样。

public synchronized void run() {
       {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    System.out.println("线程名:"+Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

运行结果：

synchronized作用于整个方法的写法。

写法一:

public synchronized void method()
{
   
}

写法二:

public void method()
{
   synchronized(this) {

   }
}

写法一修饰的是一个方法，写法二修饰的是一个代码块，但写法一与写法二是等价的，都是锁定了整个方法的内容。

在用synchronized修饰方法时要注意以下几点：

1. synchronized关键字不能继承

虽然可以使用synchronized来定义方法，但synchronized并不属于方法定义的一部分，因此，synchronized关键字不能被继承。如果在父类中的某个方法使用了synchronized关键字，而在子类中覆盖了这个方法，在子类中的这个方法默认情况下并不是同步的，而必须显式地在子类的这个方法中加上synchronized关键字才可以。当然，还可以在子类方法中调用父类中相应的方法，这样虽然子类中的方法不是同步的，但子类调用了父类的同步方法，因此，子类的方法也就相当于同步了。这两种方式的例子代码如下：

在子类方法中加上synchronized关键字

class Parent {
   public synchronized void method() { }
}
class Child extends Parent {
   public synchronized void method() { }
}

在子类方法中调用父类的同步方法

class Parent {
   public synchronized void method() {   }
}
class Child extends Parent {
   public void method() { super.method();   }
}

2.在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。

3.构造方法不能使用synchronized关键字，但可以使用synchronized代码块来进行同步。

修饰静态方法

synchronized也可修饰一个静态方法，用法如下：

public synchronized static void method() {

}

静态方法是属于类的而不属于对象的，那么synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。

synchronized修饰静态方法

public class TestSyn {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("使用关键字静态synchronized");
            SyncThread syncThread = new SyncThread();
            Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");
            Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");
            thread1.start();
            thread2.start();
        }
    }
    class SyncThread implements Runnable {
        private static int count;

        public SyncThread() {
            count = 0;
        }

        public synchronized static void method() {
            for (int i = 0; i < 5; i ++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        public synchronized void run() {
            method();
        }
    }

运行结果如下：

syncThread1和syncThread2是SyncThread的两个对象，但在thread1和thread2并发执行时却保持了线程同步。这是因为run中调用了静态方法method，而静态方法是属于类的，所以syncThread1和syncThread2相当于用了同一把锁。这与使用关键字synchronized运行结果相同。

修饰一个类

synchronized还可以作用于一个类，用法如下：

public class TestSyn  {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用ClassName");
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");
        Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
/*class ClassName {
    public void method() {
        synchronized(ClassName.class) {

        }
    }
}*/
class SyncThread implements Runnable {
    private static int count;

    public SyncThread() {
        count = 0;
    }

    public static void method() {
        synchronized(SyncThread.class) {
            for (int i = 0; i < 5; i ++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public synchronized void run() {
        method();
    }
}

运行结果如下：

效果和上面synchronized修饰静态方法是一样的，synchronized作用于一个类时，是给这个类加锁，这个类的所有对象共享同一把锁。

总结

1.synchronized作用的对象如果是非静态的，则它取得的锁是对象;如果synchronized作用的对象是一个静态方法或一个类，则它取得的锁是对类，该类所有的对象共用同一把锁。

2.每个对象只有一个锁(lock)与之相关联，谁拿到这个锁谁就可以运行它所控制的那段代码。

3.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。