出自[Java synchronized詳解](http://www.cnblogs.com/devinzhang/archive/2011/12/14/2287675.html) [TOC=1,2] # 第一篇： ## 使用synchronized 在編寫一個類時，如果該類中的代碼可能運行于多線程環境下，那么就要考慮同步的問題。在Java中內置了語言級的同步原語－－synchronized，這也大大簡化了Java中多線程同步的使用。我們首先編寫一個非常簡單的多線程的程序，是模擬銀行中的多個線程同時對同一個儲蓄賬戶進行存款、取款操作的。 在程序中我們使用了一個簡化版本的Account類，代表了一個銀行賬戶的信息。在主程序中我們首先生成了1000個線程，然后啟動它們，每一個線程都對John的賬戶進行存100元，然后馬上又取出100元。這樣，對于John的賬戶來說，最終賬戶的余額應該是還是1000元才對。然而運行的結果卻超出我們的想像，首先來看看我們的演示代碼： ~~~ class Account { String name; float amount; public Account(String name, float amount) { this.name = name; this.amount = amount; } public void deposit(float amt) { float tmp = amount; tmp += amt; try { Thread.sleep(100);//模擬其它處理所需要的時間，比如刷新數據庫等 } catch (InterruptedException e) { // ignore } amount = tmp; } public void withdraw(float amt) { float tmp = amount; tmp -= amt; try { Thread.sleep(100);//模擬其它處理所需要的時間，比如刷新數據庫等 } catch (InterruptedException e) { // ignore } amount = tmp; } public float getBalance() { return amount; } } public class AccountTest{ private static int NUM_OF_THREAD = 1000; static Thread[] threads = new Thread[NUM_OF_THREAD]; public static void main(String[] args){ final Account acc = new Account("John", 1000.0f); for (int i = 0; i< NUM_OF_THREAD; i++) { threads[i] = new Thread(new Runnable() { public void run() { acc.deposit(100.0f); acc.withdraw(100.0f); } }); threads[i].start(); } for (int i=0; i<NUM_OF_THREAD; i++){ try { threads[i].join(); //等待所有線程運行結束 } catch (InterruptedException e) { // ignore } } System.out.println("Finally, John's balance is:" + acc.getBalance()); } } ~~~ 注意，上面在Account的deposit和withdraw方法中之所以要把對amount的運算使用一個臨時變量首先存儲，sleep一段時間，然后，再賦值給amount，是為了模擬真實運行時的情況。因為在真實系統中，賬戶信息肯定是存儲在持久媒介中，比如RDBMS中，此處的睡眠的時間相當于比較耗時的數據庫操作，最后把臨時變量tmp的值賦值給amount相當于把amount的改動寫入數據庫中。運行AccountTest，結果如下（每一次結果都會不同）： E:\java\exer\bin>java AccountTest Finally, John's balance is:3900.0 E:\java\exer\bin>java AccountTest Finally, John's balance is:4900.0 E:\java\exer\bin>java AccountTest Finally, John's balance is:4700.0 E:\java\exer\bin>java AccountTest Finally, John's balance is:3900.0 E:\java\exer\bin>java AccountTest Finally, John's balance is:3900.0 E:\java\exer\bin>java AccountTest Finally, John's balance is:5200.0 為什么會出現這樣的問題？這就是多線程中的同步的問題。在我們的程序中，Account中的amount會同時被多個線程所訪問，這就是一個競爭資源，通常稱作競態條件。對于這樣的多個線程共享的資源我們必須進行同步，以避免一個線程的改動被另一個線程所覆蓋。在我們這個程序中，Account中的amount是一個競態條件，所以所有對amount的修改訪問都要進行同步，我們將deposit()和withdraw()方法進行同步，修改為： ~~~ public synchronized void deposit(float amt) { float tmp = amount; tmp += amt; try { Thread.sleep(1);//模擬其它處理所需要的時間，比如刷新數據庫等 } catch (InterruptedException e) { // ignore } amount = tmp; } public synchronized void withdraw(float amt) { float tmp = amount; tmp -= amt; try { Thread.sleep(1);//模擬其它處理所需要的時間，比如刷新數據庫等 } catch (InterruptedException e) { // ignore } amount = tmp; } ~~~ 此時，再運行，我們就能夠得到正確的結果了。Account中的getBalance()也訪問了amount，為什么不對getBalance()同步呢？因為getBalance()并不會修改amount的值，所以，同時多個線程對它訪問不會造成數據的混亂。 同步加鎖的是對象，而不是代碼。 因此，如果你的類中有一個同步方法，這個方法可以被兩個不同的線程同時執行，只要每個線程自己創建一個的該類的實例即可。 　　參考下面的代碼： ~~~ class Foo extends Thread { 　private int val; 　public Foo(int v) 　{ 　　val = v; 　} 　public synchronized void printVal(int v) 　{ 　　while(true) 　　　System.out.println(v); 　} 　public void run() 　{ 　　printVal(val); 　} } class SyncTest { 　public static void main(String args[]) 　{ 　　Foo f1 = new Foo(1); 　　f1.start(); 　　Foo f2 = new Foo(3); 　　f2.start(); 　} } ~~~ 　　運行SyncTest產生的輸出是1和3交叉的。如果printVal是斷面，你看到的輸出只能是1或者只能是3而不能是兩者同時出現。程序運行的結果證明兩個線程都在并發的執行printVal方法，即使該方法是同步的并且由于是一個無限循環而沒有終止。 類的同步： 要實現真正的斷面，你必須同步一個全局對象或者對類進行同步。下面的代碼給出了一個這樣的范例。 ~~~ class Foo extends Thread { 　private int val; 　public Foo(int v) 　{ 　　val = v; 　} 　public void printVal(int v) 　{ 　　synchronized(Foo.class) { 　　　while(true) 　　　　System.out.println(v); 　　} 　} 　public void run() 　{ 　　printVal(val); 　} } ~~~ 　　上面的類不再對個別的類實例同步而是對類進行同步。對于類Foo而言，它只有唯一的類定義，兩個線程在相同的鎖上同步，因此只有一個線程可以執行printVal方法。 　　這個代碼也可以通過對公共對象加鎖。例如給Foo添加一個靜態成員。兩個方法都可以同步這個對象而達到線程安全。 面筆者給出一個參考實現，給出同步公共對象的兩種通常方法： ~~~ 　1、 class Foo extends Thread { 　private int val; 　private static Object lock=new Object(); 　public Foo(int v) 　{ 　　val = v; 　} 　public void printVal(int v) 　{ 　　synchronized(lock) { 　　　while(true) 　　　　System.out.println(v); 　　} 　} 　public void run() 　{ 　　printVal(val); 　} } ~~~ 　　上面的這個例子比原文給出的例子要好一些，因為原文中的加鎖是針對類定義的，一個類只能有一個類定義，而同步的一般原理是應該盡量減小同步的粒度以到達更好的性能。筆者給出的范例的同步粒度比原文的要小。 ~~~ 2、 class Foo extends Thread { 　private String name; 　private String val; 　public Foo(String name,String v) 　{ 　　this.name=name; 　　val = v; 　} 　public void printVal() 　{ 　　synchronized(val) { 　　　while(true) System.out.println(name+val); 　　} 　} 　public void run() 　{ 　　printVal(); 　} } public class SyncMethodTest { 　public static void main(String args[]) 　{ 　　Foo f1 = new Foo("Foo 1:","printVal"); 　　f1.start(); 　　Foo f2 = new Foo("Foo 2:","printVal"); 　　f2.start(); 　} } ~~~ 　　上面這個代碼需要進行一些額外的說明，因為JVM有一種優化機制，因為String類型的對象是不可變的，因此當你使用""的形式引用字符串時，如果JVM發現內存已經有一個這樣的對象，那么它就使用那個對象而不再生成一個新的String對象，這樣是為了減小內存的使用。 　　上面的main方法其實等同于： ~~~ public static void main(String args[]) { 　String value="printVal"; 　Foo f1 = new Foo("Foo 1:",value); 　f1.start(); 　Foo f2 = new Foo("Foo 2:",value); 　f2.start(); } ~~~ ## 總結： 1. synchronized關鍵字的作用域有二種： 1）是某個對象實例內，synchronized aMethod(){}可以防止多個線程同時訪問這個對象的synchronized方法（如果一個對象有多個synchronized方法，只要一個線程訪問了其中的一個synchronized方法，其它線程不能同時訪問這個對象中任何一個synchronized方法）。這時，不同的對象實例的synchronized方法是不相干擾的。也就是說，其它線程照樣可以同時訪問相同類的另一個對象實例中的synchronized方法； 2）是某個類的范圍，synchronized static aStaticMethod{}防止多個線程同時訪問這個類中的synchronized static 方法。它可以對類的所有對象實例起作用。 1. 除了方法前用synchronized關鍵字，synchronized關鍵字還可以用于方法中的某個區塊中，表示只對這個區塊的資源實行互斥訪問。用法是: synchronized(this){/*區塊*/}，它的作用域是當前對象； 1. synchronized關鍵字是不能繼承的，也就是說，基類的方法synchronized f(){} 在繼承類中并不自動是synchronized f(){}，而是變成了f(){}。繼承類需要你顯式的指定它的某個方法為synchronized方法； ## 總結2 Java語言的關鍵字，當它用來修飾一個方法或者一個代碼塊的時候，能夠保證在同一時刻最多只有一個線程執行該段代碼。 1. 當兩個并發線程訪問同一個對象object中的這個synchronized(this)同步代碼塊時，一個時間內只能有一個線程得到執行。另一個線程必須等待當前線程執行完這個代碼塊以后才能執行該代碼塊。 1. 然而，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另一個線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。 1. 尤其關鍵的是，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，其他線程對object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞。 1. 第三個例子同樣適用其它同步代碼塊。也就是說，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，它就獲得了這個object的對象鎖。結果，其它線程對該object對象所有同步代碼部分的訪問都被暫時阻塞。 1. 以上規則對其它對象鎖同樣適用. # 第二篇： synchronized 關鍵字，它包括兩種用法：synchronized 方法和 synchronized 塊。 ## 1. synchronized 方法： 通過在方法聲明中加入 synchronized關鍵字來聲明 synchronized 方法。如： public synchronized void accessVal(int newVal); synchronized 方法控制對類成員變量的訪問：每個類實例對應一把鎖，每個 synchronized 方法都必須獲得調用該方法的類實例的鎖方能執行，否則所屬線程阻塞，方法一旦執行，就獨占該鎖，直到從該方法返回時才將鎖釋放，此后被阻塞的線程方能獲得該鎖，重新進入可執行狀態。這種機制確保了同一時刻對于每一個類實例，其所有聲明為 synchronized 的成員函數中至多只有一個處于可執行狀態（因為至多只有一個能夠獲得該類實例對應的鎖），從而有效避免了類成員變量的訪問沖突（只要所有可能訪問類成員變量的方法均被聲明為 synchronized）。 在 Java 中，不光是類實例，每一個類也對應一把鎖，這樣我們也可將類的靜態成員函數聲明為 synchronized ，以控制其對類的靜態成員變量的訪問。 synchronized 方法的缺陷：若將一個大的方法聲明為synchronized 將會大大影響效率，典型地，若將線程類的方法 run() 聲明為synchronized ，由于在線程的整個生命期內它一直在運行，因此將導致它對本類任何 synchronized 方法的調用都永遠不會成功。當然我們可 以通過將訪問類成員變量的代碼放到專門的方法中，將其聲明為 synchronized ，并在主方法中調用來解決這一問題，但是 Java 為我們提供了更好的解決辦法，那就是 synchronized 塊。 ## 2. synchronized 塊： 通過 synchronized關鍵字來聲明synchronized 塊。語法如下： ~~~ synchronized(syncObject) { //允許訪問控制的代碼 } ~~~ synchronized 塊是這樣一個代碼塊，其中的代碼必須獲得對象 syncObject （如前所述，可以是類實例或類）的鎖方能執行，具體機制同前所述。由于可以針對任意代碼塊，且可任意指定上鎖的對象，故靈活性較高。 對synchronized(this)的一些理解 1. 當兩個并發線程訪問同一個對象object中的這個synchronized(this)同步代碼塊時，一個時間內只能有一個線程得到執行。另一個線程必須等待當前線程執行完這個代碼塊以后才能執行該代碼塊。 1. 然而，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另一個線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。 1. 尤其關鍵的是，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，其他線程對object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將被阻塞。 1. 第三個例子同樣適用其它同步代碼塊。也就是說，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，它就獲得了這個object的對象鎖。結果，其它線程對該object對象所有同步代碼部分的訪問都被暫時阻塞。 1. 以上規則對其它對象鎖同樣適用 # 第三篇： 打個比方：一個object就像一個大房子，大門永遠打開。房子里有 很多房間（也就是方法）。 這些房間有上鎖的（synchronized方法）， 和不上鎖之分（普通方法）。房門口放著一把鑰匙（key），這把鑰匙可以打開所有上鎖的房間。 另外我把所有想調用該對象方法的線程比喻成想進入這房子某個 房間的人。所有的東西就這么多了，下面我們看看這些東西之間如何作用的。 在此我們先來明確一下我們的前提條件。該對象至少有一個synchronized方法，否則這個key還有啥意義。當然也就不會有我們的這個主題了。 一個人想進入某間上了鎖的房間，他來到房子門口，看見鑰匙在那兒（說明暫時還沒有其他人要使用上鎖的 房間）。于是他走上去拿到了鑰匙，并且按照自己 的計劃使用那些房間。注意一點，他每次使用完一次上鎖的房間后會馬上把鑰匙還回去。即使他要連續使用兩間上鎖的房間，中間他也要把鑰匙還回去，再取回來。因此，普通情況下鑰匙的使用原則是：“隨用隨借，用完即還。” 這時其他人可以不受限制的使用那些不上鎖的房間，一個人用一間可以，兩個人用一間也可以，沒限制。但是如果當某個人想要進入上鎖的房間，他就要跑到大門口去看看了。有鑰匙當然拿了就走，沒有的話，就只能等了。 要是很多人在等這把鑰匙，等鑰匙還回來以后，誰會優先得到鑰匙？Not guaranteed。象前面例子里那個想連續使用兩個上鎖房間的家伙，他中間還鑰匙的時候如果還有其他人在等鑰匙，那么沒有任何保證這家伙能再次拿到。 （JAVA規范在很多地方都明確說明不保證，對象Thread.sleep()休息后多久會返回運行，相同優先權的線程那個首先被執行，當要訪問對象的鎖被 釋放后處于等待池的多個線程哪個會優先得到，等等。我想最終的決定權是在JVM，之所以不保證，就是因為JVM在做出上述決定的時候，絕不是簡簡單單根據 一個條件來做出判斷，而是根據很多條。而由于判斷條件太多，如果說出來可能會影響JAVA的推廣，也可能是因為知識產權保護的原因吧。SUN給了個不保證 就混過去了。無可厚非。但我相信這些不確定，并非完全不確定。因為計算機這東西本身就是按指令運行的。即使看起來很隨機的現象，其實都是有規律可尋。學過 計算機的都知道，計算機里隨機數的學名是偽隨機數，是人運用一定的方法寫出來的，看上去隨機罷了。另外，或許是因為要想弄的確定太費事，也沒多大意義，所 以不確定就不確定了吧。） 再來看看同步代碼塊。和同步方法有小小的不同。 1. 從尺寸上講，1. 同步代碼塊比同步方法小。你可以把同步代碼塊看成是沒上鎖房間里的一塊用帶鎖的屏風隔開的空間。 1. 同步代碼塊還可以人為的指定獲得某個其它對象的key。就像是指定用哪一把鑰匙才能開這個屏風的鎖，你可以用本房的鑰匙；你也可以指定用另一個房子的鑰匙才能開，這樣的話，你要跑到另一棟房子那兒把那個鑰匙拿來，并用那個房子的鑰匙來打開這個房子的帶鎖的屏風。 記住你獲得的那另一棟房子的鑰匙，并不影響其他人進入那棟房子沒有鎖的房間。 為什么要使用同步代碼塊呢？我想應該是這樣的：首先對程序來講同步的部分很影響運行效率，而一個方法通常是先創建一些局部變量，再對這些變量做一些 操作，如運算，顯示等等；而同步所覆蓋的代碼越多，對效率的影響就越嚴重。因此我們通常盡量縮小其影響范圍。 如何做？同步代碼塊。我們只把一個方法中該同 步的地方同步，比如運算。 另外，同步代碼塊可以指定鑰匙這一特點有個額外的好處，是可以在一定時期內霸占某個對象的key。還記得前面說過普通情況下鑰匙的使用原則嗎。現在不是普通情況了。你所取得的那把鑰匙不是永遠不還，而是在退出同步代碼塊時才還。 還用前面那個想連續用兩個上鎖房間的家伙打比方。怎樣才能在用完一間以后，繼續使用另一間呢。用同步代碼塊吧。先創建另外一個線程，做一個同步代碼 塊，把那個代碼塊的鎖指向這個房子的鑰匙。然后啟動那個線程。只要你能在進入那個代碼塊時抓到這房子的鑰匙，你就可以一直保留到退出那個代碼塊。也就是說你甚至可以對本房內所有上鎖的房間遍歷，甚至再sleep(10*60*1000)，而房門口卻還有1000個線程在等這把鑰匙呢。很過癮吧。 在此對sleep()方法和鑰匙的關聯性講一下。一個線程在拿到key后，且沒有完成同步的內容時，如果被強制sleep()了，那key還一直在 它那兒。直到它再次運行，做完所有同步內容，才會歸還key。記住，那家伙只是干活干累了，去休息一下，他并沒干完他要干的事。為了避免別人進入那個房間把里面搞的一團糟，即使在睡覺的時候他也要把那唯一的鑰匙戴在身上。 最后，也許有人會問，為什么要一把鑰匙通開，而不是一個鑰匙一個門呢？我想這純粹是因為復雜性問題。一個鑰匙一個門當然更安全，但是會牽扯好多問題。鑰匙 的產生，保管，獲得，歸還等等。其復雜性有可能隨同步方法的增加呈幾何級數增加，嚴重影響效率。這也算是一個權衡的問題吧。為了增加一點點安全性，導致效 率大大降低，是多么不可取啊。 synchronized的一個簡單例子 ~~~ public class TextThread { public static void main(String[] args) { TxtThread tt = new TxtThread(); new Thread(tt).start(); new Thread(tt).start(); new Thread(tt).start(); new Thread(tt).start(); } } class TxtThread implements Runnable { int num = 100; String str = new String(); public void run() { synchronized (str) { while (num > 0) { try { Thread.sleep(1); } catch (Exception e) { e.getMessage(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "this is " + num--); } } } } ~~~ 上面的例子中為了制造一個時間差,也就是出錯的機會,使用了Thread.sleep(10) Java對多線程的支持與同步機制深受大家的喜愛，似乎看起來使用了synchronized關鍵字就可以輕松地解決多線程共享數據同步問題。到底如何？――還得對synchronized關鍵字的作用進行深入了解才可定論。 總的說來，synchronized關鍵字可以作為函數的修飾符，也可作為函數內的語句，也就是平時說的同步方法和同步語句塊。如果再細的分類， synchronized可作用于instance變量、object reference（對象引用）、static函數和class literals(類名稱字面常量)身上。 在進一步闡述之前，我們需要明確幾點： A．無論synchronized關鍵字加在方法上還是對象上，它取得的鎖都是對象，而不是把一段代碼或函數當作鎖――而且同步方法很可能還會被其他線程的對象訪問。 B．每個對象只有一個鎖（lock）與之相關聯。 C．實現同步是要很大的系統開銷作為代價的，甚至可能造成死鎖，所以盡量避免無謂的同步控制。 接著來討論synchronized用到不同地方對代碼產生的影響： 假設P1、P2是同一個類的不同對象，這個類中定義了以下幾種情況的同步塊或同步方法，P1、P2就都可以調用它們。 1． 把synchronized當作函數修飾符時，示例代碼如下： ~~~ Public synchronized void methodAAA() { //…. } ~~~ 這也就是同步方法，那這時synchronized鎖定的是哪個對象呢？它鎖定的是調用這個同步方法對象。也就是說，當一個對象P1在不同的線程中，它們之間會形成互斥，達到同步的效果。但是這個對象所屬的Class所產生的另一對象P2卻可以任意調用這個被加了synchronized關鍵字的方法。 上邊的示例代碼等同于如下代碼： ~~~ public void methodAAA() { synchronized (this) // (1) { //….. } } ~~~ (1)處的this指的是什么呢？它指的就是調用這個方法的對象，如P1。可見同步方法實質是將synchronized作用于object reference。拿到了P1對象鎖的線程，才可以調用P1的同步方法，而對P2而言，P1這個鎖與它毫不相干，程序也可能在這種情形下擺脫同步機制的控制，造成數據混亂 2．同步塊，示例代碼如下： ~~~ public void method3(SomeObject so) { synchronized(so) { //….. } } ~~~ 這時，鎖就是so這個對象，誰拿到這個鎖誰就可以運行它所控制的那段代碼。當有一個明確的對象作為鎖時，就可以這樣寫程序，但當沒有明確的對象作為鎖，只是想讓一段代碼同步時，可以創建一個特殊的instance變量（它得是一個對象）來充當鎖： ~~~ class Foo implements Runnable { private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance變量 Public void methodA() { synchronized(lock) { //… } } //….. } ~~~ 注：零長度的byte數組對象創建起來將比任何對象都經濟――查看編譯后的字節碼：生成零長度的byte[]對象只需3條操作碼，而Object lock= new Object()則需要7行操作碼。 3．將synchronized作用于static 函數，示例代碼如下： ~~~ Class Foo { public synchronized static void methodAAA() // 同步的static 函數 { //…. } public void methodBBB() { synchronized(Foo.class) // class literal(類名稱字面常量) } } ~~~ 代碼中的methodBBB()方法是把class literal作為鎖的情況，它和同步的static函數產生的效果是一樣的，取得的鎖很特別，是當前調用這個方法的對象所屬的類（Class，而不再是由這個Class產生的某個具體對象了）。 **記得在《Effective Java》一書中看到過將 Foo.class和 P1.getClass()用于作同步鎖還不一樣，不能用P1.getClass()來達到鎖這個Class的目的。P1指的是由Foo類產生的對象。** 可以推斷：如果一個類中定義了一個synchronized的static函數A，也定義了一個synchronized 的instance函數B，那么這個類的同一對象Obj在多線程中分別訪問A和B兩個方法時，不會構成同步，因為它們的鎖都不一樣。A方法的鎖是Obj這個對象，而B的鎖是Obj所屬的那個Class。 小結如下： 搞清楚synchronized鎖定的是哪個對象，就能幫助我們設計更安全的多線程程序。 還有一些技巧可以讓我們對共享資源的同步訪問更加安全： 1. 定義private 的instance變量+它的 get方法，而不要定義public/protected的instance變量。如果將變量定義為public，對象在外界可以繞過同步方法的控制而直接取得它，并改動它。這也是JavaBean的標準實現方式之一。 1. 如果instance變量是一個對象，如數組或ArrayList什么的，那上述方法仍然不安全，因為當外界對象通過get方法拿到這個instance對象的引用后，又將其指向另一個對象，那么這個private變量也就變了，豈不是很危險。 這個時候就需要將get方法也加上synchronized同步，并且，只返回這個private對象的clone()――這樣，調用端得到的就是對象副本的引用了