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，實現對“對象/方法”的互斥訪問。 例如，現在有兩個線程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基本規則
我們將synchronized的基本規則總結為下面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。
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：
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：
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，我們發現，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的執行流程是不是和Demo1_1一樣呢？
運行結果：
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的認識已經比較深刻了。否則的話，請繼續閱讀這里的分析。
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。
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：
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：
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) {
}
}
}
// 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 {
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
}
}
(某一次)執行結果：
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：
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！
// 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：
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。
// 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：
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。
// 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：
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。
// 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：
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
t41 : isSyncA
t42 : cSyncA
