淺顯易懂的Sysnchronizd用法
《程式設計思想之多執行緒與多程序(1)——以作業系統的角度述說執行緒與程序》一文詳細講述了執行緒、程序的關係及在作業系統中的表現，這是多執行緒學習必須瞭解的基礎。本文將接著講一下Java執行緒同步中的一個重要的概念synchronized.
synchronized是Java中的關鍵字，是一種同步鎖。它修飾的物件有以下幾種：
1. 修飾一個程式碼塊，被修飾的程式碼塊稱為同步語句塊，其作用的範圍是大括號{}括起來的程式碼，作用的物件是呼叫這個程式碼塊的物件；
2. 修飾一個方法，被修飾的方法稱為同步方法，其作用的範圍是整個方法，作用的物件是呼叫這個方法的物件；
3. 修改一個靜態的方法，其作用的範圍是整個靜態方法，作用的物件是這個類的所有物件；
4. 修改一個類，其作用的範圍是synchronized
修飾一個程式碼塊
- 一個執行緒訪問一個物件中的synchronized(this)同步程式碼塊時，其他試圖訪問該物件的執行緒將被阻塞。我們看下面一個例子：
【Demo1】：synchronized的用法
1 /** * 同步執行緒 */ 2 3 class SyncThread implements Runnable { 4 5 private static int count; 6 7 8 9 public SyncThread() { 10 11 count = 0;12 13 } 14 15 16 17 public void run() { 18 19 synchronized(this) { 20 21 for (int i = 0; i < 5; i++) { 22 23 try { 24 25 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++)); 26 27 Thread.sleep(100); 28 29 } catch(InterruptedException e) { 30 31 e.printStackTrace(); 32 33 } 34 35 } 36 37 } 38 39 } 40 41 42 43 public int getCount() { 44 45 return count; 46 47 } 48 49 } 50 51 SyncThread的呼叫： 52 53 SyncThread syncThread = new SyncThread(); 54 55 Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1"); 56 57 Thread thread2 = new Thread(syncThread, "SyncThread2"); 58 59 thread1.start(); 60 61 thread2.start();
結果如下：
SyncThread1:0
SyncThread1:1
SyncThread1:2
SyncThread1:3
SyncThread1:4
SyncThread2:5
SyncThread2:6
SyncThread2:7
SyncThread2:8
SyncThread2:9*
當兩個併發執行緒(thread1和thread2)訪問同一個物件(syncThread)中的synchronized程式碼塊時，在同一時刻只能有一個執行緒得到執行，另一個執行緒受阻塞，必須等待當前執行緒執行完這個程式碼塊以後才能執行該程式碼塊。Thread1和thread2是互斥的，因為在執行synchronized程式碼塊時會鎖定當前的物件，只有執行完該程式碼塊才能釋放該物件鎖，下一個執行緒才能執行並鎖定該物件。
我們再把SyncThread的呼叫稍微改一下：
Thread thread1 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(new SyncThread(), "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();
結果如下：
SyncThread1:0
SyncThread2:1
SyncThread1:2
SyncThread2:3
SyncThread1:4
SyncThread2:5
SyncThread2:6
SyncThread1:7
SyncThread1:8
SyncThread2:9
不是說一個執行緒執行synchronized程式碼塊時其它的執行緒受阻塞嗎？為什麼上面的例子中thread1和thread2同時在執行。這是因為synchronized只鎖定物件，每個物件只有一個鎖（lock）與之相關聯，而上面的程式碼等同於下面這段程式碼：
SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();
這時建立了兩個SyncThread的物件syncThread1和syncThread2，執行緒thread1執行的是syncThread1物件中的synchronized程式碼(run)，而執行緒thread2執行的是syncThread2物件中的synchronized程式碼(run)；我們知道synchronized鎖定的是物件，這時會有兩把鎖分別鎖定syncThread1物件和syncThread2物件，而這兩把鎖是互不干擾的，不形成互斥，所以兩個執行緒可以同時執行。
2.當一個執行緒訪問物件的一個synchronized(this)同步程式碼塊時，另一個執行緒仍然可以訪問該物件中的非synchronized(this)同步程式碼塊。
【Demo2】：多個執行緒訪問synchronized和非synchronized程式碼塊
1 class Counter implements Runnable{ 2 3 private int count; 4 5 6 7 public Counter() { 8 9 count = 0; 10 11 } 12 13 14 15 public void countAdd() { 16 17 synchronized(this) { 18 19 for (int i = 0; i < 5; i ++) { 20 21 try { 22 23 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++)); 24 25 Thread.sleep(100); 26 27 } catch (InterruptedException e) { 28 29 e.printStackTrace(); 30 31 } 32 33 } 34 35 } 36 37 } 38 39 40 41 //非synchronized程式碼塊，未對count進行讀寫操作，所以可以不用synchronized 42 43 public void printCount() { 44 45 for (int i = 0; i < 5; i ++) { 46 47 try { 48 49 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count); 50 51 Thread.sleep(100); 52 53 } catch (InterruptedException e) { 54 55 e.printStackTrace(); 56 57 } 58 59 } 60 61 } 62 63 64 65 public void run() { 66 67 String threadName = Thread.currentThread().getName(); 68 69 if (threadName.equals("A")) { 70 71 countAdd(); 72 73 } else if (threadName.equals("B")) { 74 75 printCount(); 76 77 } 78 79 } 80 81 }
呼叫程式碼:
Counter counter = new Counter();
Thread thread1 = new Thread(counter, "A");
Thread thread2 = new Thread(counter, "B");
thread1.start();
thread2.start();
結果如下：
A:0
B count:1
A:1
B count:2
A:2
B count:3
A:3
B count:4
A:4
B count:5
上面程式碼中countAdd是一個synchronized的，printCount是非synchronized的。從上面的結果中可以看出一個執行緒訪問一個物件的synchronized程式碼塊時，別的執行緒可以訪問該物件的非synchronized程式碼塊而不受阻塞。
- 指定要給某個物件加鎖
【Demo3】:指定要給某個物件加鎖
1 /** * 銀行賬戶類 */ 2 3 class Account { 4 5 String name; 6 7 float amount; 8 9 10 11 public Account(String name, float amount) { 12 13 this.name = name; 14 15 this.amount = amount; 16 17 } 18 19 //存錢 20 21 public void deposit(float amt) { 22 23 amount += amt; 24 25 try { 26 27 Thread.sleep(100); 28 29 } catch (InterruptedException e) { 30 31 e.printStackTrace(); 32 33 } 34 35 } 36 37 //取錢 38 39 public void withdraw(float amt) { 40 41 amount -= amt; 42 43 try { 44 45 Thread.sleep(100); 46 47 } catch (InterruptedException e) { 48 49 e.printStackTrace(); 50 51 } 52 53 } 54 55 56 57 public float getBalance() { 58 59 return amount; 60 61 } 62 63 } 64 65 66 67 /** * 賬戶操作類 */ 68 69 class AccountOperator implements Runnable{ 70 71 private Account account; 72 73 public AccountOperator(Account account) { 74 75 this.account = account; 76 77 } 78 79 80 81 public void run() { 82 83 synchronized (account) { 84 85 account.deposit(500); 86 87 account.withdraw(500); 88 89 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + account.getBalance()); 90 91 } 92 93 } 94 95 }
呼叫程式碼:
Account account = new Account("zhang san", 10000.0f);
AccountOperator accountOperator = new AccountOperator(account);
final int THREAD_NUM = 5;
Thread threads[] = new Thread[THREAD_NUM];
for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i ++) {
threads[i] = new Thread(accountOperator, "Thread" + i);
threads[i].start();
}
結果如下：
Thread3:10000.0
Thread2:10000.0
Thread1:10000.0
Thread4:10000.0
Thread0:10000.0
在AccountOperator 類中的run方法裡，我們用synchronized 給account物件加了鎖。這時，當一個執行緒訪問account物件時，其他試圖訪問account物件的執行緒將會阻塞，直到該執行緒訪問account物件結束。也就是說誰拿到那個鎖誰就可以執行它所控制的那段程式碼。
當有一個明確的物件作為鎖時，就可以用類似下面這樣的方式寫程式。
public void method3(SomeObject obj)
{
//obj 鎖定的物件
synchronized(obj)
{
// todo
}
}
當沒有明確的物件作為鎖，只是想讓一段程式碼同步時，可以建立一個特殊的物件來充當鎖：
class Test implements Runnable {
private byte[] lock = new byte[0]; // 特殊的instance變數
public void method()
{
synchronized(lock) {
// todo 同步程式碼塊
}
}
public void run() {
}
}
說明：零長度的byte陣列物件建立起來將比任何物件都經濟――檢視編譯後的位元組碼：生成零長度的byte[]物件只需3條操作碼，而Object lock = new Object()則需要7行操作碼。
修飾一個方法
Synchronized修飾一個方法很簡單，就是在方法的前面加synchronized，public synchronized void method(){//todo}; synchronized修飾方法和修飾一個程式碼塊類似，只是作用範圍不一樣，修飾程式碼塊是大括號括起來的範圍，而修飾方法範圍是整個函式。如將【Demo1】中的run方法改成如下的方式，實現的效果一樣。
*【Demo4】：synchronized修飾一個方法
public synchronized void run() { for (int i = 0; i < 5; i ++) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++)); Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
Synchronized作用於整個方法的寫法。
寫法一：
public synchronized void method() { // todo }
寫法二：
public void method() { synchronized(this) { // todo } }
寫法一修飾的是一個方法，寫法二修飾的是一個程式碼塊，但寫法一與寫法二是等價的，都是鎖定了整個方法時的內容。
在用synchronized修飾方法時要注意以下幾點：
1. synchronized關鍵字不能繼承。
雖然可以使用synchronized來定義方法，但synchronized並不屬於方法定義的一部分，因此，synchronized關鍵字不能被繼承。如果在父類中的某個方法使用了synchronized關鍵字，而在子類中覆蓋了這個方法，在子類中的這個方法預設情況下並不是同步的，而必須顯式地在子類的這個方法中加上synchronized關鍵字才可以。當然，還可以在子類方法中呼叫父類中相應的方法，這樣雖然子類中的方法不是同步的，但子類呼叫了父類的同步方法，因此，子類的方法也就相當於同步了。這兩種方式的例子程式碼如下：
在子類方法中加上synchronized關鍵字
class Parent { public synchronized void method() { } } class Child extends Parent { public synchronized void method() { } } 在子類方法中呼叫父類的同步方法 class Parent { public synchronized void method() { } } class Child extends Parent { public void method() { super.method(); } }
- 在定義介面方法時不能使用synchronized關鍵字。
- 構造方法不能使用synchronized關鍵字，但可以使用synchronized程式碼塊來進行同步。
修飾一個靜態的方法
Synchronized也可修飾一個靜態方法，用法如下：
public synchronized static void method() { // todo }
我們知道靜態方法是屬於類的而不屬於物件的。同樣的，synchronized修飾的靜態方法鎖定的是這個類的所有物件。我們對Demo1進行一些修改如下：
【Demo5】：synchronized修飾靜態方法
/** * 同步執行緒 */ class SyncThread implements Runnable { private static int count; public SyncThread() { count = 0; } public synchronized static void method() { for (int i = 0; i < 5; i ++) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++)); Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public synchronized void run() { method(); } }
呼叫程式碼:
SyncThread syncThread1 = new SyncThread();
SyncThread syncThread2 = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread1, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread2, "SyncThread2");
thread1.start();
thread2.start();
結果如下：
SyncThread1:0
SyncThread1:1
SyncThread1:2
SyncThread1:3
SyncThread1:4
SyncThread2:5
SyncThread2:6
SyncThread2:7
SyncThread2:8
SyncThread2:9
syncThread1和syncThread2是SyncThread的兩個物件，但在thread1和thread2併發執行時卻保持了執行緒同步。這是因為run中呼叫了靜態方法method，而靜態方法是屬於類的，所以syncThread1和syncThread2相當於用了同一把鎖。這與Demo1是不同的。
修飾一個類
Synchronized還可作用於一個類，用法如下：
class ClassName {
public void method() {
synchronized(ClassName.class) {
// todo
}
}
}
我們把Demo5再作一些修改。
【Demo6】:修飾一個類
/** * 同步執行緒 */ class SyncThread implements Runnable { private static int count; public SyncThread() { count = 0; } public static void method() { synchronized(SyncThread.class) { for (int i = 0; i < 5; i ++) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++)); Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public synchronized void run() { method(); } }
其效果和【Demo5】是一樣的，synchronized作用於一個類T時，是給這個類T加鎖，T的所有物件用的是同一把鎖。
總結：
A. 無論synchronized關鍵字加在方法上還是物件上，如果它作用的物件是非靜態的，則它取得的鎖是物件；如果synchronized作用的物件是一個靜態方法或一個類，則它取得的鎖是對類，該類所有的物件同一把鎖。
B. 每個物件只有一個鎖（lock）與之相關聯，誰拿到這個鎖誰就可以執行它所控制的那段程式碼。
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，所以儘量避免無謂的同步控制。