java基本教程之synchronized關鍵字 java多線程教程

更新時間：2014年01月14日 10:05:54 作者：

這篇文章主要介紹了java的synchronized原理、synchronized基本規(guī)則、synchronized方法和 synchronized代碼塊、實例鎖和全局鎖

本章，會對synchronized關鍵字進行介紹。涉及到的內容包括：
1. synchronized原理
2. synchronized基本規(guī)則
3. synchronized方法和 synchronized代碼塊
4. 實例鎖和全局鎖

1. synchronized原理

在java中，每一個對象有且僅有一個同步鎖。這也意味著，同步鎖是依賴于對象而存在。
當我們調用某對象的synchronized方法時，就獲取了該對象的同步鎖。例如，synchronized(obj)就獲取了“obj這個對象”的同步鎖。
不同線程對同步鎖的訪問是互斥的。也就是說，某時間點，對象的同步鎖只能被一個線程獲取到！通過同步鎖，我們就能在多線程中，實現(xiàn)對“對象/方法”的互斥訪問。例如，現(xiàn)在有兩個線程A和線程B，它們都會訪問“對象obj的同步鎖”。假設，在某一時刻，線程A獲取到“obj的同步鎖”并在執(zhí)行一些操作；而此時，線程B也企圖獲取“obj的同步鎖” —— 線程B會獲取失敗，它必須等待，直到線程A釋放了“該對象的同步鎖”之后線程B才能獲取到“obj的同步鎖”從而才可以運行。

2. synchronized基本規(guī)則

我們將synchronized的基本規(guī)則總結為下面3條，并通過實例對它們進行說明。
第一條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
第二條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
第三條: 當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。

第一條

當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的該“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。

復制代碼代碼如下:

class MyRunable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        synchronized(this) {
            try {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);
                }
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }
}

public class Demo1_1 {

public static void main(String[] args) {
Runnable demo = new MyRunable(); // 新建“Runnable對象”

        Thread t1 = new Thread(demo, "t1"); // 新建“線程t1”, t1是基于demo這個Runnable對象
        Thread t2 = new Thread(demo, "t2"); // 新建“線程t2”, t2是基于demo這個Runnable對象
        t1.start();                          // 啟動“線程t1”
        t2.start();                          // 啟動“線程t2”
    }
}

運行結果：

復制代碼代碼如下:

t1 loop 0
t1 loop 1
t1 loop 2
t1 loop 3
t1 loop 4
t2 loop 0
t2 loop 1
t2 loop 2
t2 loop 3
t2 loop 4

結果說明：
run()方法中存在“synchronized(this)代碼塊”，而且t1和t2都是基于"demo這個Runnable對象"創(chuàng)建的線程。這就意味著，我們可以將synchronized(this)中的this看作是“demo這個Runnable對象”；因此，線程t1和t2共享“demo對象的同步鎖”。所以，當一個線程運行的時候，另外一個線程必須等待“運行線程”釋放“demo的同步鎖”之后才能運行。

如果你確認，你搞清楚這個問題了。那我們將上面的代碼進行修改，然后再運行看看結果怎么樣，看看你是否會迷糊。修改后的源碼如下：

復制代碼代碼如下:

class MyThread extends Thread {

    public MyThread(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized(this) {
            try {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " loop " + i);
                }
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }
}

public class Demo1_2 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new MyThread("t1"); // 新建“線程t1”
        Thread t2 = new MyThread("t2"); // 新建“線程t2”
        t1.start();                          // 啟動“線程t1”
        t2.start();                          // 啟動“線程t2”
    }
}

代碼說明：
比較Demo1_2 和 Demo1_1，我們發(fā)現(xiàn)，Demo1_2中的MyThread類是直接繼承于Thread，而且t1和t2都是MyThread子線程。
幸運的是，在“Demo1_2的run()方法”也調用了synchronized(this)，正如“Demo1_1的run()方法”也調用了synchronized(this)一樣！
那么，Demo1_2的執(zhí)行流程是不是和Demo1_1一樣呢？
運行結果：

復制代碼代碼如下:

t1 loop 0
t2 loop 0
t1 loop 1
t2 loop 1
t1 loop 2
t2 loop 2
t1 loop 3
t2 loop 3
t1 loop 4
t2 loop 4

結果說明：
如果這個結果一點也不令你感到驚訝，那么我相信你對synchronized和this的認識已經(jīng)比較深刻了。否則的話，請繼續(xù)閱讀這里的分析。
synchronized(this)中的this是指“當前的類對象”，即synchronized(this)所在的類對應的當前對象。它的作用是獲取“當前對象的同步鎖”。
對于Demo1_2中，synchronized(this)中的this代表的是MyThread對象，而t1和t2是兩個不同的MyThread對象，因此t1和t2在執(zhí)行synchronized(this)時，獲取的是不同對象的同步鎖。對于Demo1_1對而言，synchronized(this)中的this代表的是MyRunable對象；t1和t2共同一個MyRunable對象，因此，一個線程獲取了對象的同步鎖，會造成另外一個線程等待。

第二條

當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程仍然可以訪問“該對象”的非同步代碼塊。
下面是“synchronized代碼塊”對應的演示程序。

復制代碼代碼如下:

class Count {

    // 含有synchronized同步塊的方法
    public void synMethod() {
        synchronized(this) {
            try {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synMethod loop " + i);
                }
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }

    // 非同步的方法
    public void nonSynMethod() {
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);
            }
        } catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
}

public class Demo2 {

    public static void main(String[] args) {
        final Count count = new Count();
        // 新建t1, t1會調用“count對象”的synMethod()方法
        Thread t1 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        count.synMethod();
                    }
                }, "t1");

        // 新建t2, t2會調用“count對象”的nonSynMethod()方法
        Thread t2 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        count.nonSynMethod();
                    }
                }, "t2");

        t1.start(); // 啟動t1
        t2.start(); // 啟動t2
    }
}

運行結果：

復制代碼代碼如下:

t1 synMethod loop 0
t2 nonSynMethod loop 0
t1 synMethod loop 1
t2 nonSynMethod loop 1
t1 synMethod loop 2
t2 nonSynMethod loop 2
t1 synMethod loop 3
t2 nonSynMethod loop 3
t1 synMethod loop 4
t2 nonSynMethod loop 4

結果說明：
主線程中新建了兩個子線程t1和t2。t1會調用count對象的synMethod()方法，該方法內含有同步塊；而t2則會調用count對象的nonSynMethod()方法，該方法不是同步方法。t1運行時，雖然調用synchronized(this)獲取“count的同步鎖”；但是并沒有造成t2的阻塞，因為t2沒有用到“count”同步鎖。

第三條

當一個線程訪問“某對象”的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”時，其他線程對“該對象”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized代碼塊”的訪問將被阻塞。
我們將上面的例子中的nonSynMethod()方法體的也用synchronized(this)修飾。修改后的源碼如下：

復制代碼代碼如下:

class Count {

    // 也包含synchronized同步塊的方法
    public void nonSynMethod() {
        synchronized(this) {
            try {
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    Thread.sleep(100);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " nonSynMethod loop " + i);
                }
            } catch (InterruptedException ie) {
            }
        }
    }
}

public class Demo3 {

        t1.start(); // 啟動t1
        t2.start(); // 啟動t2
    }
}

(某一次)執(zhí)行結果：

復制代碼代碼如下:

synMethod() : 11
synBlock() : 3
 

4. 實例鎖和全局鎖
實例鎖 -- 鎖在某一個實例對象上。如果該類是單例，那么該鎖也具有全局鎖的概念。
實例鎖對應的就是synchronized關鍵字。
全局鎖 -- 該鎖針對的是類，無論實例多少個對象，那么線程都共享該鎖。
全局鎖對應的就是static synchronized（或者是鎖在該類的class或者classloader對象上）。

關于“實例鎖”和“全局鎖”有一個很形象的例子：

復制代碼代碼如下:

pulbic class Something {
    public synchronized void isSyncA(){}
    public synchronized void isSyncB(){}
    public static synchronized void cSyncA(){}
    public static synchronized void cSyncB(){}
}

假設，Something有兩個實例x和y。分析下面4組表達式獲取的鎖的情況。
(01) x.isSyncA()與x.isSyncB()
(02) x.isSyncA()與y.isSyncA()
(03) x.cSyncA()與y.cSyncB()
(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA()

(01) 不能被同時訪問。因為isSyncA()和isSyncB()都是訪問同一個對象(對象x)的同步鎖！

復制代碼代碼如下:

// LockTest2.java的源碼
class Something {
    public synchronized void isSyncA(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public synchronized void isSyncB(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public static synchronized void cSyncA(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public static synchronized void cSyncB(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
}

public class LockTest2 {

Something x = new Something();
Something y = new Something();

    // 比較(02) x.isSyncA()與y.isSyncA()
    private void test2() {
        // 新建t21, t21會調用 x.isSyncA()
        Thread t21 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.isSyncA();
                    }
                }, "t21");

        // 新建t22, t22會調用 x.isSyncB()
        Thread t22 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        y.isSyncA();
                    }
                }, "t22");

        t21.start(); // 啟動t21
        t22.start(); // 啟動t22
    }

public static void main(String[] args) {
LockTest2 demo = new LockTest2();

demo.test2();
}
}

運行結果：

復制代碼代碼如下:

t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t11 : isSyncA
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB
t12 : isSyncB

(02) 可以同時被訪問。因為訪問的不是同一個對象的同步鎖，x.isSyncA()訪問的是x的同步鎖，而y.isSyncA()訪問的是y的同步鎖。

復制代碼代碼如下:

public class LockTest2 {

Something x = new Something();
Something y = new Something();

        t21.start(); // 啟動t21
        t22.start(); // 啟動t22
    }

public static void main(String[] args) {
LockTest2 demo = new LockTest2();

demo.test2();
}
}

運行結果：

復制代碼代碼如下:

t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA
t21 : isSyncA
t22 : isSyncA

(03) 不能被同時訪問。因為cSyncA()和cSyncB()都是static類型，x.cSyncA()相當于Something.isSyncA()，y.cSyncB()相當于Something.isSyncB()，因此它們共用一個同步鎖，不能被同時反問。

復制代碼代碼如下:

// LockTest3.java的源碼
class Something {
    public synchronized void isSyncA(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public synchronized void isSyncB(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public static synchronized void cSyncA(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public static synchronized void cSyncB(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
}

public class LockTest3 {

Something x = new Something();
Something y = new Something();

    // 比較(03) x.cSyncA()與y.cSyncB()
    private void test3() {
        // 新建t31, t31會調用 x.isSyncA()
        Thread t31 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.cSyncA();
                    }
                }, "t31");

        // 新建t32, t32會調用 x.isSyncB()
        Thread t32 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        y.cSyncB();
                    }
                }, "t32");

        t31.start(); // 啟動t31
        t32.start(); // 啟動t32
    }

public static void main(String[] args) {
LockTest3 demo = new LockTest3();

demo.test3();
}
}

運行結果：

復制代碼代碼如下:

t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t31 : cSyncA
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB
t32 : cSyncB

(04) 可以被同時訪問。因為isSyncA()是實例方法，x.isSyncA()使用的是對象x的鎖；而cSyncA()是靜態(tài)方法，Something.cSyncA()可以理解對使用的是“類的鎖”。因此，它們是可以被同時訪問的。

復制代碼代碼如下:

// LockTest4.java的源碼
class Something {
    public synchronized void isSyncA(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public synchronized void isSyncB(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : isSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public static synchronized void cSyncA(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncA");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
    public static synchronized void cSyncB(){
        try {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                Thread.sleep(100); // 休眠100ms
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : cSyncB");
            }
        }catch (InterruptedException ie) {
        }
    }
}

public class LockTest4 {

Something x = new Something();
Something y = new Something();

    // 比較(04) x.isSyncA()與Something.cSyncA()
    private void test4() {
        // 新建t41, t41會調用 x.isSyncA()
        Thread t41 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        x.isSyncA();
                    }
                }, "t41");

        // 新建t42, t42會調用 x.isSyncB()
        Thread t42 = new Thread(
                new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        Something.cSyncA();
                    }
                }, "t42");

        t41.start(); // 啟動t41
        t42.start(); // 啟動t42
    }

public static void main(String[] args) {
LockTest4 demo = new LockTest4();

demo.test4();
}
}

運行結果：

復制代碼代碼如下:

t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA

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