Synchronized 详解

为了方便记忆，将锁做如下的分类

一、对象锁

包括方法锁（默认锁对象为this,当前实例对象）和同步代码块锁（自己指定锁对象）

1.代码块形式：手动指定锁定对象，也可是是this,也可以是自定义的锁

public class SynchronizedObjectLock implements Runnable {
    static SynchronizedObjectLock instence = new SynchronizedObjectLock();

    @Override
    public void run() {
        // 同步代码块形式——锁为this,两个线程使用的锁是一样的,线程1必须要等到线程0释放了该锁后，才能执行
        synchronized (this) {
            System.out.println("我是线程" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instence);
        Thread t2 = new Thread(instence);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出结果：

　　我是线程Thread-0
　　Thread-0结束
　　我是线程Thread-1
　　Thread-1结束

public class SynchronizedObjectLock implements Runnable {
    static SynchronizedObjectLock instence = new SynchronizedObjectLock();
    // 创建2把锁
    Object block1 = new Object();
    Object block2 = new Object();

    @Override
    public void run() {
        // 这个代码块使用的是第一把锁，当他释放后，后面的代码块由于使用的是第二把锁，因此可以马上执行
        synchronized (block1) {
            System.out.println("blocl1锁,我是线程" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("blocl1锁,"+Thread.currentThread().getName() + "结束");
        }

        synchronized (block2) {
            System.out.println("blocl2锁,我是线程" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("blocl2锁,"+Thread.currentThread().getName() + "结束");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instence);
        Thread t2 = new Thread(instence);
        t1.start();
        t2.start();
    }

输出结果：

　　blocl1锁,我是线程Thread-0
　　blocl1锁,Thread-0结束
　　blocl2锁,我是线程Thread-0　　// 可以看到当第一个线程在执行完第一段同步代码块之后，第二个同步代码块可以马上得到执行，因为他们使用的锁不是同一把
　　blocl1锁,我是线程Thread-1
　　blocl2锁,Thread-0结束
　　blocl1锁,Thread-1结束
　　blocl2锁,我是线程Thread-1
　　blocl2锁,Thread-1结束

2.方法锁形式：synchronized修饰普通方法，锁对象默认为this

public class SynchronizedObjectLock implements Runnable {
    static SynchronizedObjectLock instence = new SynchronizedObjectLock();

    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    public synchronized void method() {
        System.out.println("我是线程" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instence);
        Thread t2 = new Thread(instence);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出结果：

　　我是线程Thread-0
　　Thread-0结束
　　我是线程Thread-1
　　Thread-1结束

二、类锁

指synchronize修饰静态的方法或指定锁对象为Class对象

1.synchronize修饰静态方法

public class SynchronizedObjectLock implements Runnable {
    static SynchronizedObjectLock instence1 = new SynchronizedObjectLock();
    static SynchronizedObjectLock instence2 = new SynchronizedObjectLock();

    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    // synchronized用在普通方法上，默认的锁就是this，当前实例
    public synchronized void method() {
        System.out.println("我是线程" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // t1和t2对应的this是两个不同的实例，所以代码不会串行
        Thread t1 = new Thread(instence1);
        Thread t2 = new Thread(instence2);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出结果：

　　我是线程Thread-0
　　我是线程Thread-1
　　Thread-1结束
　　Thread-0结束

public class SynchronizedObjectLock implements Runnable {
    static SynchronizedObjectLock instence1 = new SynchronizedObjectLock();
    static SynchronizedObjectLock instence2 = new SynchronizedObjectLock();

    @Override
    public void run() {
        method();
    }

    // synchronized用在静态方法上，默认的锁就是当前所在的Class类，所以无论是哪个线程访问它，需要的锁都只有一把
    public static synchronized void method() {
        System.out.println("我是线程" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instence1);
        Thread t2 = new Thread(instence2);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出结果：

　　我是线程Thread-0
　　Thread-0结束
　　我是线程Thread-1
　　Thread-1结束

2.synchronized指定锁对象为Class对象

public class SynchronizedObjectLock implements Runnable {
    static SynchronizedObjectLock instence1 = new SynchronizedObjectLock();
    static SynchronizedObjectLock instence2 = new SynchronizedObjectLock();

    @Override
    public void run() {
        // 所有线程需要的锁都是同一把
        synchronized(SynchronizedObjectLock.class){
            System.out.println("我是线程" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(instence1);
        Thread t2 = new Thread(instence2);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

输出结果：
我是线程Thread-0
Thread-0结束
我是线程Thread-1
Thread-1结束

三、思考

1.两个线程同时访问1个对象的同步方法

2.两个线程同时访问2个对象的同步方法

3.两个线程访问的是synchronized静态方法

4.两个线程同时访问同步（被synchronized修饰）和非同步（未被snychronized修饰）方法

5.两个线程同时访问1个对象的不同的普通同步方法

6.两个线程同时访问一个静态的synchronized方法和非静态的synchronized方法

7.方法抛出异常后，会释放锁吗？

核心思想：

1.一把锁只能同时被一个线程获取，没有难道锁的线程只能等待（对应上面的1,5）

2.每个实例都对应有自己的一把锁（this）,不同实例之间互不影响；例外：锁对象是*.class以及synchronized修饰的是static方法的时候，所有对象公用同一把锁（对应上面的2,3,4,6）

3.synchronized修饰的方法，无论方法正常执行完毕还是抛出异常，都会释放锁（对应上面的7）

四、synchronized的性质

1.可重入性

概念：指同一个线程外层函数获取到锁之后，内层函数可以直接使用该锁

好处：避免死锁，提升封装性（如果不可重入，假设method1拿到锁之后，在method1中又调用了method2,如果method2没办法使用method1拿到的锁，那method2将一直等待，但是method1由于未执行完毕，又无法释放锁，就导致了死锁，可重入正好避免这这种情况）

粒度：线程而非调用（用3中情况来说明与pthread的区别）

1）情况1：证明同一个方法是可重入的（递归）

public class SynchronizedDemo2 {
    int a = 0;

    public static void main(String[] args) {
        new SynchronizedDemo2().method1();
    }

    public synchronized void method1() {
        System.out.println("a=" + a);
        if (a == 0) {
            a++;
            method1();
        }
    }
}

输出结果：

　　a=0
　　a=1

2）情况2：证明可重入不要求是同一个方法

public class SynchronizedDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        new SynchronizedDemo2().method1();
    }

    public synchronized void method1() {
        System.out.println("method1");
        method2();
    }

    public synchronized void method2() {
        System.out.println("method2");
    }
}

输出结果：

　　method1
　　method2

3）情况3：证明可重入不要求是同一个类中

public class SynchronizedDemo2 {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("父类method1");
    }
}

class SubClass extends SynchronizedDemo2 {
    public synchronized void method1() {
        System.out.println("子类method1");
        super.method1();
    }

    public static void main(String[] args) {
        new SubClass().method1();
    }
}

输出结果：

　　子类method1
　　父类method1

2.不可中断性

概念：如果这个锁被B线程获取，如果A线程想要获取这把锁，只能选择等待或者阻塞，直到B线程释放这把锁，如果B线程一直不释放这把锁，那么A线程将一直等待。

相比之下，未来的Lock类，可以拥有中断的能力（如果一个线程等待锁的时间太长了，有权利中断当前已经获取锁的线程的执行，也可以退出等待）

五、深入原理

1.加锁和释放锁的原理：现象、时机(内置锁this)、深入JVM看字节码(反编译看monitor指令)

Lock lock = new ReentrantLock();

public synchronized void method1() {
　　System.out.println("synchronized method1");
}

public void method2() {
　　lock.lock();
　　try {
　　　　System.out.println("lock method2");
　　} finally {
　　　　lock.unlock();
　　}
}
method1与method2等价，synchronized相当于先获取锁，执行结束/抛出异常后，释放锁。 

深入JVM看字节码，创建如下的代码：

public class SynchronizedDemo2 {
    Object object = new Object();

    public void method1() {
        synchronized (object) {

        }
    }
}

使用javac命令进行编译生成.class文件

>javac SynchronizedDemo2.java

使用javap命令反编译查看.class文件的信息

>javap -verbose SynchronizedDemo2.class
得到如下的信息：

关注红色方框里的monitorenter和monitorexit即可。

Monitorenter和Monitorexit指令，会让对象在执行，使其锁计数器加1或者减1。每一个对象在同一时间只与一个monitor(锁)相关联，而一个monitor在同一时间只能被一个线程获得，一个对象在尝试获得与这个对象相关联的Monitor锁的所有权的时候，monitorenter指令会发生如下3中情况之一：

1）monitor计数器为0，意味着目前还没有被获得，那这个线程就会立刻获得然后把锁计数器+1，一旦+1，别的线程再想获取，就需要等待

2）如果这个monitor已经拿到了这个锁的所有权，又重入了这把锁，那锁计数器就会累加，变成2，并且随着重入的次数，会一直累加

3）这把锁已经被别的线程获取了，等待锁释放

monitorexit指令：释放对于monitor的所有权，释放过程很简单，就是讲monitor的计数器减1，如果减完以后，计数器不是0，则代表刚才是重入进来的，当前线程还继续持有这把锁的所有权，如果计数器变成0，则代表当前线程不再拥有该monitor的所有权，即释放锁。

2.可重入原理：加锁次数计数器

jvm会负责跟踪对象被加锁的次数

线程第一次获得所，计数器+1，当锁重入的时候，计数器会递增

当任务离开的时候（一个同步代码块的代码执行结束），计数器会减1，当减为0的时候，锁被完全释放。

3.保证可见性的原理：内存模型

访问链接 https://www.cnblogs.com/xyabk/p/10894384.html

六、synchronized的缺陷

效率低：锁的释放情况少，只有代码执行完毕或者异常结束才会释放锁；试图获取锁的时候不能设定超时，不能中断一个正在使用锁的线程，相对而言，Lock可以中断和设置超时

不够灵活：加锁和释放的时机单一，每个锁仅有一个单一的条件（某个对象），相对而言，读写锁更加灵活

无法知道是否成功获得锁，相对而言，Lock可以拿到状态，如果成功获取锁，....，如果获取失败，.....

七、Lock对synchronized的弥补

Lock类这里不做过多解释，主要看上面红色方框里面的4个方法

lock():加锁

unlock():解锁

tryLock():尝试获取锁，返回一个boolean值

tryLock(long,TimeUtil):尝试获取锁，可以设置超时

八、注意

1.锁对象不能为空，因为锁的信息都保存在对象头里

2.作用域不宜过大，影响程序执行的速度，控制范围过大，编写代码也容易出错

3.避免死锁

4.在能选择的情况下，既不要用Lock也不要用synchronized关键字，用java.util.concurrent包中的各种各样的类，如果不用该包下的类，在满足业务的情况下，可以使用synchronized关键，因为代码量少，避免出错

九、思考

1.多个线程等待同一个snchronized锁的时候，JVM如何选择下一个获取锁的线程？

2.Synchronized使得同时只有一个线程可以执行，性能比较差，有什么提升的方法？

3.我想更加灵活地控制锁的释放和获取（现在释放锁和获取锁的时机都被规定死了），怎么办？

4.什么是锁的升级和降级？什么事JVM里的偏斜锁、轻量级锁、重量级锁？