Java synchronized 詳解

由于同一進(jìn)程的多個(gè)線程共享同一片存儲(chǔ)空間,在帶來方便的同時(shí),也帶來了訪問沖突這個(gè)嚴(yán)重的問題。Java語言提供了專門機(jī)制以解決這種沖突,有效避免了同一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象被多個(gè)線程同時(shí)訪問。
需要明確的幾個(gè)問題:

  • synchronized關(guān)鍵字可以作為函數(shù)的修飾符,也可作為函數(shù)內(nèi)的語句,也就是平時(shí)說的同步方法和同步語句塊。如果 再細(xì)的分類,synchronized可作用于instance變量、object reference(對(duì)象引用)、static函數(shù)和class literals(類名稱字面常量)身上。
  • 無論synchronized關(guān)鍵字加在方法上還是對(duì)象上,它取得的鎖都是對(duì)象,而不是把一段代碼或函數(shù)當(dāng)作鎖――而且同步方法很可能還會(huì)被其他線程的對(duì)象訪問。
  • 每個(gè)對(duì)象只有一個(gè)鎖(lock)與之相關(guān)聯(lián)。
  • 實(shí)現(xiàn)同步是要很大的系統(tǒng)開銷作為代價(jià)的,甚至可能造成死鎖,所以盡量避免無謂的同步控制。

synchronized關(guān)鍵字的作用域有二種:

  1. 某個(gè)對(duì)象實(shí)例內(nèi),synchronized aMethod(){}可以防止多個(gè)線程同時(shí)訪問這個(gè)對(duì)象的synchronized方法(如果一個(gè)對(duì)象有多個(gè)synchronized方法,只要一個(gè)線 程訪問了其中的一個(gè)synchronized方法,其它線程不能同時(shí)訪問這個(gè)對(duì)象中任何一個(gè)synchronized方法)。這時(shí),不同的對(duì)象實(shí)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(shí)訪問相同類的另一個(gè)對(duì)象實(shí)例中的synchronized方法;
  2. 某個(gè)類的范圍,synchronized static aStaticMethod{}防止多個(gè)線程同時(shí)訪問這個(gè)類中的synchronized static 方法。它可以對(duì)類的所有對(duì)象實(shí)例起作用。

synchronized 方法

每個(gè)類實(shí)例對(duì)應(yīng)一把鎖,每個(gè) synchronized 方法都必須獲得調(diào)用該方法的類實(shí)例的鎖方能執(zhí)行,否則所屬線程阻塞,方法一旦執(zhí)行,就獨(dú)占該鎖,直到從該方法返回時(shí)才將鎖釋放,此后被阻塞的線程方能獲得該鎖,重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)。這種機(jī)制確保了同一時(shí)刻對(duì)于每一個(gè)類實(shí)例,其所有聲明為 synchronized 的成員函數(shù)中至多只有一個(gè)處于可執(zhí)行狀態(tài)(因?yàn)橹炼嘀挥幸粋€(gè)能夠獲得該類實(shí)例對(duì)應(yīng)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(shí)例,每一個(gè)類也對(duì)應(yīng)一把鎖,這樣我們也可將類的靜態(tài)成員函數(shù)聲明為 synchronized ,以控制其對(duì)類的靜態(tài)成員變量的訪問。

synchronized 方法的缺陷

同步方法,這時(shí)synchronized鎖定的是哪個(gè)對(duì)象呢?它鎖定的是調(diào)用這個(gè)同步方法對(duì)象。也就是說,當(dāng)一個(gè)對(duì)象 P1在不同的線程中執(zhí)行這個(gè)同步方法時(shí),它們之間會(huì)形成互斥,達(dá)到同步的效果。但是這個(gè)對(duì)象所屬的Class所產(chǎn)生的另一對(duì)象P2卻可以任意調(diào)用這個(gè)被加 了synchronized關(guān)鍵字的方法.同步方法實(shí)質(zhì)是將synchronized作用于object reference。――那個(gè)拿到了P1對(duì)象鎖的線程,才可以調(diào)用P1的同步方法,而對(duì)P2而言,P1這個(gè)鎖與它毫不相干,程序也可能在這種情形下擺脫同步機(jī)制的控制,造成數(shù)據(jù)混亂:(
;若將一個(gè)大的方法聲明為synchronized 將會(huì)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(gè)生命期內(nèi)它一直在運(yùn)行,因此將導(dǎo)致它對(duì)本類任何 synchronized 方法的調(diào)用都永遠(yuǎn)不會(huì)成功。當(dāng)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(diào)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。

synchronized 代碼塊

除了方法前用synchronized關(guān)鍵字,synchronized關(guān)鍵字還可以用于方法中的某個(gè)區(qū)塊中,表示只對(duì)這個(gè)區(qū)塊的資源實(shí)行互斥訪問。用法是: synchronized(this){/區(qū)塊/},它的作用域是當(dāng)前對(duì)象。
這時(shí)鎖就是對(duì)象,誰拿到這個(gè)鎖誰就可以運(yùn)行它所控制的那段代碼。當(dāng)有一個(gè)明確的對(duì)象作為鎖時(shí),就可以這樣寫程序,但當(dāng)沒有明確的對(duì)象作為鎖,只是想讓一段代碼同步時(shí),可以創(chuàng)建一個(gè)特殊的instance變量(它得是一個(gè)對(duì)象)來充當(dāng)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(zhǎng)度的byte數(shù)組對(duì)象創(chuàng)建起來將比任何對(duì)象都經(jīng)濟(jì)――查看編譯后的字節(jié)碼:生成零長(zhǎng)度的byte[]對(duì)象只需3條操作碼,而Object lock = new Object()則需要7行操作碼。

synchronized 靜態(tài)方法

將synchronized作用于static 函數(shù),示例代碼如下:

Class Foo {
  // 同步的static 函數(shù)
  public synchronized static void methodAAA()  {
  //….
  }
  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(shù)產(chǎn)生的效果是一樣的,取得的鎖很特別,是當(dāng)前調(diào)用這個(gè)方法的對(duì)象所屬的類(Class,而不再是由這個(gè)Class產(chǎn)生的某個(gè)具體對(duì)象了)。

可以推斷:如果一個(gè)類中定義了一個(gè)synchronized 的 static 函數(shù)A,也定義了一個(gè) synchronized 的 instance函數(shù)B,那么這個(gè)類的同一對(duì)象Obj在多線程中分別訪問A和B兩個(gè)方法時(shí),不會(huì)構(gòu)成同步,因?yàn)樗鼈兊逆i都不一樣。B方法的鎖是Obj這個(gè)對(duì)象,而B的鎖是Obj所屬的那個(gè)Class。

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