浅显易懂的Sysnchronizd用法

《编程思想之多线程与多进程(1)——以操作系统的角度述说线程与进程》一文详细讲述了线程、进程的关系及在操作系统中的表现，这是多线程学习必须了解的基础。本文将接着讲一下Java线程同步中的一个重要的概念synchronized.

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种： 
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. 修改一个静态的方法，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. 修改一个类，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。

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修饰一个代码块

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。我们看下面一个例子：

【Demo1】：synchronized的用法

 /** * 同步线程 */

 class SyncThread implements Runnable {

    private static int count;

    public SyncThread() {

       count = 0;

    }

    public  void run() {

       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();

             }

          }

       }

    }

    public int getCount() {

       return count;

    }

 }

 SyncThread的调用：

 SyncThread syncThread = new SyncThread();

 Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");

 Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2");

 thread1.start();

 thread2.start();

结果如下：

SyncThread1:0 
SyncThread1:1 
SyncThread1:2 
SyncThread1:3 
SyncThread1:4 
SyncThread2:5 
SyncThread2:6 
SyncThread2:7 
SyncThread2:8 
SyncThread2:9*

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：

Thread thread1 = new Thread(new
SyncThread(), "SyncThread1");

Thread thread2 = new Thread(new
SyncThread(), "SyncThread2");

thread1.start();

thread2.start();

结果如下：

SyncThread1:0 
SyncThread2:1 
SyncThread1:2 
SyncThread2:3 
SyncThread1:4 
SyncThread2:5 
SyncThread2:6 
SyncThread1:7 
SyncThread1:8 
SyncThread2:9

不是说一个线程执行synchronized代码块时其它的线程受阻塞吗？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，而上面的代码等同于下面这段代码：

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，而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。

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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。 
【Demo2】：多个线程访问synchronized和非synchronized代码块

 class Counter implements Runnable{

    private int count;

    public Counter() {

       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("A")) {

          countAdd();

       } else if (threadName.equals("B")) {

          printCount();

       }

    }

 }

调用代码:

Counter counter = new Counter();

Thread thread1 = new Thread(counter,
"A");

Thread thread2 = new Thread(counter,
"B");

thread1.start();

thread2.start();

结果如下：

A:0 
B count:1 
A:1 
B count:2 
A:2 
B count:3 
A:3 
B count:4 
A:4 
B count:5

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。

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1. 指定要给某个对象加锁

【Demo3】:指定要给某个对象加锁

 /** * 银行账户类 */

 class Account {

    String name;

    float amount;

    public Account(String name, float amount) {

       this.name = name;

       this.amount = amount;

    }

    //存钱

    public  void deposit(float amt) {

       amount += amt;

       try {

          Thread.sleep(100);

       } catch (InterruptedException e) {

          e.printStackTrace();

       }

    }

    //取钱

    public  void withdraw(float amt) {

       amount -= amt;

       try {

          Thread.sleep(100);

       } catch (InterruptedException e) {

          e.printStackTrace();

       }

    }

    public float getBalance() {

       return amount;

    }

 }

 /** * 账户操作类 */

 class AccountOperator implements Runnable{

    private Account account;

    public AccountOperator(Account account) {

       this.account = account;

    }

    public void run() {

       synchronized (account) {

          account.deposit(500);

          account.withdraw(500);

          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + account.getBalance());

       }

    }

 }

调用代码:

Account account = new
Account("zhang san", 10000.0f);

AccountOperator accountOperator = new
AccountOperator(account);

final int THREAD_NUM = 5;

Thread threads[] = new
Thread[THREAD_NUM];

for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i ++)
{

threads[i] = new Thread(accountOperator, "Thread" + i);

threads[i].start();

}

结果如下：

Thread3:10000.0 
Thread2:10000.0 
Thread1:10000.0 
Thread4:10000.0 
Thread0:10000.0

在AccountOperator 类中的run方法里，我们用synchronized 给account对象加了锁。这时，当一个线程访问account对象时，其他试图访问account对象的线程将会阻塞，直到该线程访问account对象结束。也就是说谁拿到那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，就可以用类似下面这样的方式写程序。

public void method3(SomeObject obj)

{

//obj 锁定的对象

synchronized(obj)

{

// todo

}

}

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对象来充当锁：

class Test implements Runnable {

private byte[] lock = new byte[0]; 
// 特殊的instance变量

public void method()

{

synchronized(lock) {

// todo 同步代码块

}

}

public void run() {

}

}

说明：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。

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(){//todo}; 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【Demo1】中的run方法改成如下的方式，实现的效果一样。

*【Demo4】：synchronized修饰一个方法

public synchronized void run() {

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

      try {

         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));

         Thread.sleep(100);

      } catch (InterruptedException e) {

         e.printStackTrace();

      }

   }

}

Synchronized作用于整个方法的写法。 
写法一：

public synchronized void method()
{ // todo }

写法二：

public void method() { synchronized(this)
{ // todo } }

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时的内容。

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();   }

}

1. 在定义接口方法时不能使用synchronized关键字。
2. 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。

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修饰一个静态的方法

Synchronized也可修饰一个静态方法，用法如下：

public synchronized static void
method() { // todo }

我们知道静态方法是属于类的而不属于对象的。同样的，synchronized修饰的静态方法锁定的是这个类的所有对象。我们对Demo1进行一些修改如下：

【Demo5】：synchronized修饰静态方法

/** * 同步线程 */

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();

   }

}

调用代码:

SyncThread syncThread1 = new
SyncThread();

SyncThread syncThread2 = new
SyncThread();

Thread thread1 = new Thread(syncThread1,
"SyncThread1");

Thread thread2 = new Thread(syncThread2,
"SyncThread2");

thread1.start();

thread2.start();

结果如下：

SyncThread1:0 
SyncThread1:1 
SyncThread1:2 
SyncThread1:3 
SyncThread1:4 
SyncThread2:5 
SyncThread2:6 
SyncThread2:7 
SyncThread2:8 
SyncThread2:9

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Demo1是不同的。

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修饰一个类

Synchronized还可作用于一个类，用法如下：

class ClassName {

public void method() {

synchronized(ClassName.class) {

// todo

}

}

}

我们把Demo5再作一些修改。 
【Demo6】:修饰一个类

/** * 同步线程 */

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();

   }

}

其效果和【Demo5】是一样的，synchronized作用于一个类T时，是给这个类T加锁，T的所有对象用的是同一把锁。

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总结：

A. 无论synchronized关键字加在方法上还是对象上，如果它作用的对象是非静态的，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，该类所有的对象同一把锁。 
B. 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。 
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。