Java内置锁的简单认识

多线程开发离不开锁机制，现在的Java语言中，提供了2种锁，一种是语言特性提供的内置锁，还有一种是 java.util.concurrent.locks 包中的锁，这篇文章简单整理一下内置锁的知识点。

内置锁在Java语言中的表现：

多线程的锁，其实本质上就是给一块内存空间的访问添加访问权限，因为Java中是没有办法直接对某一块内存进行操作的，又因为Java是面向对象的语言，一切皆对象，所以具体的表现就是某一个对象承担锁的功能，每一个对象都可以是一个锁。内置锁，使用方式就是使用 synchronized 关键字，synchronized 方法或者 synchronized 代码块。

每一种 synchronized 写法的锁是哪个对象：

1、指定当前对象加锁：

    private synchronized void function() {
        //TODO execute something
    }

2、指定当前类的Class对象加锁：

    private static synchronized void function() {
        //TODO execute something
    }

注意此处的 static 关键字。

3、指定任意对象加锁：

private void function() {
    synchronized (object) {
        //TODO execute something
    }
}

此时，这段同步代码块的锁加在object对象上面。该对象可以是当前对象（object ==
this），也可以是当前类的Class对象（object == MyClass.class）。

简单验证一下：

现有如下的类：

public class SynchronizedTest {
    private Object lock = new Object();
 
    public void synchronizedBlockOnObject(long executeTime) {
        synchronized (lock) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> start synchronizedBlockOnObject");
            doSomething(executeTime);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> end synchronizedBlockOnObject");
        }
    }
 
    public void synchronizedBlockOnThis(long executeTime) {
        synchronized (this) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> start synchronizedBlockOnThis");
            doSomething(executeTime);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> end synchronizedBlockOnThis");
        }
    }
 
    public void synchronizedBlockOnClass(long executeTime) {
        synchronized (SynchronizedTest.class) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> start synchronizedBlockOnClass");
            doSomething(executeTime);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> end synchronizedBlockOnClass");
        }
    }
 
    public synchronized void synchronizedMethodOnThis(long executeTime) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> start synchronizedMethodOnThis");
        doSomething(executeTime);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> end synchronizedMethodOnThis");
    }
 
    public static synchronized void synchronizedMethodOnClass(long executeTime) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> start synchronizedMethodOnClass");
        doSomething(executeTime);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " -> end synchronizedMethodOnClass");
    }
 
    private static void doSomething(long executeTime) {
        try {
            Thread.sleep(executeTime);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

1、static synchronized 方法 和 synchronized (MyClass.class) {} 同步代码块的锁都加在
MyClass.class 对象上面：

public static void main(String[] args) {
        SynchronizedTest synchronizedTest = new SynchronizedTest();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                SynchronizedTest.synchronizedMethodOnClass(3000);
            }
        }, "Thread static synchronized method").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronizedTest.synchronizedBlockOnClass(2000);
            }
        }, "Thread synchronized block on Class").start();
    }

运行结果如下：

Thread static synchronized method -> start synchronizedMethodOnClass
Thread static synchronized method -> end synchronizedMethodOnClass
Thread synchronized block on Class -> start synchronizedBlockOnClass
Thread synchronized block on Class -> end synchronizedBlockOnClass

说明当线程 Thread static synchronized method 进入方法 synchronizedMethodOnClass
的时候，线程Thread synchronized block on Class 是不能进入synchronizedBlockOnClass 代码块的。

2、非 static 的 synchronized 方法和 synchronized (this) {} 同步代码块的锁都加在当前对象上面：

public static void main(String[] args) {
    SynchronizedTest synchronizedTest = new SynchronizedTest();
 
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedTest.synchronizedMethodOnThis(3000);
        }
    }, "Thread non-static synchronized method").start();
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            synchronizedTest.synchronizedBlockOnThis(2000);
        }
    }, "Thread synchronized block on this").start();
}

运行结果如下：

Thread non-static synchronized method -> start synchronizedMethodOnThis
Thread non-static synchronized method -> end synchronizedMethodOnThis
Thread synchronized block on this -> start synchronizedBlockOnThis
Thread synchronized block on this -> end synchronizedBlockOnThis

说明当线程 Thread non-static synchronized method 进入方法 synchronizedMethodOnThis
的时候，线程Thread synchronized block on this 是不能进入synchronizedBlockOnThis 代码块的。

3、当锁加在 MyClass.class 、 this 、 任意对象，这三种情况，起不到任何同步作用：

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedTest synchronizedTest = new SynchronizedTest();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronizedTest.synchronizedMethodOnThis(3000);
            }
        }, "Thread non-static synchronized method").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                SynchronizedTest.synchronizedMethodOnClass(2000);
            }
        }, "Thread static sybchronized method").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronizedTest.synchronizedBlockOnObject(4000);
            }
        }, "Thread sybchronized block on other Object").start();
    }

运行结果如下：

Thread non-static synchronized method -> start synchronizedMethodOnThis
Thread static sybchronized method -> start synchronizedMethodOnClass
Thread sybchronized block on other Object -> start synchronizedBlockOnObject
Thread static sybchronized method -> end synchronizedMethodOnClass
Thread non-static synchronized method -> end synchronizedMethodOnThis
Thread sybchronized block on other Object -> end synchronizedBlockOnObject

说明当锁没有加在同一个对象上的时候，起不到线程间的同步作用。

Object中对内置锁进行操作的一些方法：

wait()系列：

wait()系列方法的作用是：使当前已经获得该对象锁的线程进入等待状态，并且释放该对象的锁。

notify()系列：

notify()系列方法的作用是：唤醒那些正在等待该对象锁的线程，使其继续运行。

基于wait() notify()机制，我们可以实现一个简易的生产者-消费者模型。

大体思路如下，一个生产者线程负责向一个仓库中存放（put）物品，一个消费者线程负责从仓库中取出（get）物品。

代码如下：

public class Warehouse {
 
    private Queue<Integer> queue;
    private int capacity;
 
    public Warehouse(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        queue = new LinkedList();
    }
 
    public synchronized void put(int num) {
        if (queue.size() >= capacity) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " , put full wait");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        queue.add(num);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " , put : " + num + "  , queue -> " + queue);
        notifyAll();
    }
 
    public synchronized int get() {
        if (queue.isEmpty()) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " , get empty wait");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        int num = queue.poll();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " , get : " + num + "  , queue -> " + queue);
        notifyAll();
        return num;
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        Warehouse warehouse = new Warehouse(4);
        Random random = new Random();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    warehouse.put(random.nextInt(10));
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "生产者-01").start();
 
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    warehouse.get();
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }, "消费者-01").start();
    }

运行结果如下：

生产者-01 , put : 5  , queue -> [5]
消费者-01 , get : 5  , queue -> []
生产者-01 , put : 7  , queue -> [7]
消费者-01 , get : 7  , queue -> []
生产者-01 , put : 9  , queue -> [9]
生产者-01 , put : 7  , queue -> [9, 7]
消费者-01 , get : 9  , queue -> [7]
生产者-01 , put : 0  , queue -> [7, 0]
生产者-01 , put : 5  , queue -> [7, 0, 5]
消费者-01 , get : 7  , queue -> [0, 5]
生产者-01 , put : 9  , queue -> [0, 5, 9]
生产者-01 , put : 6  , queue -> [0, 5, 9, 6]
消费者-01 , get : 0  , queue -> [5, 9, 6]
生产者-01 , put : 4  , queue -> [5, 9, 6, 4]
生产者-01 , put full wait
消费者-01 , get : 5  , queue -> [9, 6, 4]
生产者-01 , put : 6  , queue -> [9, 6, 4, 6]
生产者-01 , put full wait
消费者-01 , get : 9  , queue -> [6, 4, 6]
生产者-01 , put : 2  , queue -> [6, 4, 6, 2]
生产者-01 , put full wait
消费者-01 , get : 6  , queue -> [4, 6, 2]
生产者-01 , put : 9  , queue -> [4, 6, 2, 9]
生产者-01 , put full wait
消费者-01 , get : 4  , queue -> [6, 2, 9]
生产者-01 , put : 7  , queue -> [6, 2, 9, 7]
生产者-01 , put full wait
消费者-01 , get : 6  , queue -> [2, 9, 7]
生产者-01 , put : 2  , queue -> [2, 9, 7, 2]