面試系列-高併發之synchronized
synchronized原理
在java中，每一個物件有且僅有一個同步鎖。這也意味著，同步鎖是依賴於物件而存在。
當我們呼叫某物件的synchronized方法時，就獲取了該物件的同步鎖。例如，synchronized(obj)就獲取了“obj這個物件”的同步鎖。
不同執行緒對同步鎖的訪問是互斥的。也就是說，某時間點，物件的同步鎖只能被一個執行緒獲取到！通過同步鎖，我們就能在多執行緒中，實現對“物件/方法”的互斥訪問。 例如，現在有兩個執行緒A和執行緒B，它們都會訪問“物件obj的同步鎖”。假設，在某一時刻，執行緒A獲取到“obj的同步鎖”並在執行一些操作；而此時，執行緒B也企圖獲取“obj的同步鎖” —— 執行緒B會獲取失敗，它必須等待，直到執行緒A釋放了“該物件的同步鎖”之後執行緒B才能獲取到“obj的同步鎖”從而才可以執行。
synchronized基本規則
我們將synchronized的基本規則總結為下面3條，並通過例項對它們進行說明。
第一條:
當一個執行緒訪問“某物件”的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”時，其他執行緒對“該物件”的該“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”的訪問將被阻塞。
第二條:
當一個執行緒訪問“某物件”的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”時，其他執行緒仍然可以訪問“該物件”的非同步程式碼塊。
第三條:
當一個執行緒訪問“某物件”的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”時，其他執行緒對“該物件”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”的訪問將被阻塞。
第一條：
當一個執行緒訪問“某物件”的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”時，其他執行緒對“該物件”的該“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”的訪問將被阻塞。
下面是“synchronized程式碼塊”對應的演示程式。
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物件” Thread t1 = new Thread(demo, "t1"); // 新建“執行緒t1”, t1是基於demo這個Runnable物件 Thread t2 = new Thread(demo, "t2"); // 新建“執行緒t2”, t2是基於demo這個Runnable物件 t1.start(); // 啟動“執行緒t1” t2.start(); // 啟動“執行緒t2” } }
執行結果：
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)程式碼塊”，而且t1和t2都是基於"demo這個Runnable物件"建立的執行緒。這就意味著，我們可以將synchronized(this)中的this看作是“demo這個Runnable物件”；因此，執行緒t1和t2共享“demo物件的同步鎖”。所以，當一個執行緒執行的時候，另外一個執行緒必須等待“執行執行緒”釋放“demo的同步鎖”之後才能執行。
如果你確認，你搞清楚這個問題了。那我們將上面的程式碼進行修改，然後再執行看看結果怎麼樣，看看你是否會迷糊。修改後的原始碼如下：
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“執行緒t1”
Thread t2 = new MyThread("t2"); // 新建“執行緒t2”
t1.start(); // 啟動“執行緒t1”
t2.start(); // 啟動“執行緒t2”
}
}程式碼說明：
比較Demo1_2 和 Demo1_1，我們發現，Demo1_2中的MyThread類是直接繼承於Thread，而且t1和t2都是MyThread子執行緒。
幸運的是，在“Demo1_2的run()方法”也呼叫了synchronized(this)，正如“Demo1_1的run()方法”也呼叫了synchronized(this)一樣！
那麼，Demo1_2的執行流程是不是和Demo1_1一樣呢？
執行結果：
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，那麼我相信你對synchronized和this的認識已經比較深刻了。否則的話，請繼續閱讀這裡的分析。
synchronized(this)中的this是指“當前的類物件”，即synchronized(this)所在的類對應的當前物件。它的作用是獲取“當前物件的同步鎖”。
對於Demo1_2中，synchronized(this)中的this代表的是MyThread物件，而t1和t2是兩個不同的MyThread物件，因此t1和t2在執行synchronized(this)時，獲取的是不同物件的同步鎖。對於Demo1_1對而言，synchronized(this)中的this代表的是MyRunable物件；t1和t2共同一個MyRunable物件，因此，一個執行緒獲取了物件的同步鎖，會造成另外一個執行緒等待。
第二條：
當一個執行緒訪問“某物件”的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”時，其他執行緒仍然可以訪問“該物件”的非同步程式碼塊。
下面是“synchronized程式碼塊”對應的演示程式。
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會呼叫“count物件”的synMethod()方法
Thread t1 = new Thread(
new Runnable() {
@Override
public void run() {
count.synMethod();
}
}, "t1");
// 新建t2, t2會呼叫“count物件”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
}
}執行結果：
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：
主執行緒中新建了兩個子執行緒t1和t2。t1會呼叫count物件的synMethod()方法，該方法內含有同步塊；而t2則會呼叫count物件的nonSynMethod()方法，該方法不是同步方法。t1執行時，雖然呼叫synchronized(this)獲取“count的同步鎖”；但是並沒有造成t2的阻塞，因為t2沒有用到“count”同步鎖。
第三條：
當一個執行緒訪問“某物件”的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”時，其他執行緒對“該物件”的其他的“synchronized方法”或者“synchronized程式碼塊”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。修改後的原始碼如下：
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會呼叫“count物件”的synMethod()方法
Thread t1 = new Thread(
new Runnable() {
@Override
public void run() {
count.synMethod();
}
}, "t1");
// 新建t2, t2會呼叫“count物件”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
}
}執行結果：
t1 synMethod loop 0
t1 synMethod loop 1
t1 synMethod loop 2
t1 synMethod loop 3
t1 synMethod loop 4
t2 nonSynMethod loop 0
t2 nonSynMethod loop 1
t2 nonSynMethod loop 2
t2 nonSynMethod loop 3
t2 nonSynMethod loop 4結果說明：
主執行緒中新建了兩個子執行緒t1和t2。t1和t2執行時都呼叫synchronized(this)，這個this是Count物件(count)，而t1和t2共用count。因此，在t1執行時，t2會被阻塞，等待t1執行釋放“count物件的同步鎖”，t2才能執行。
synchronized方法和synchronized程式碼塊
"synchronized方法"是用synchronized修飾方法，而"synchronized程式碼塊"則是用synchronized修飾程式碼塊。
synchronized方法示例
public synchronized void foo1() {
System.out.println("synchronized methoed");
}synchronized程式碼塊
public void foo2() {
synchronized (this) {
System.out.println("synchronized methoed");
}
}synchronized程式碼塊中的this是指當前物件。也可以將this替換成其他物件，例如將this替換成obj，則foo2()在執行synchronized(obj)時就獲取的是obj的同步鎖。
synchronized程式碼塊可以更精確的控制衝突限制訪問區域，有時候表現更高效率。下面通過一個示例來演示：
// Demo4.java的原始碼
public class Demo4 {
public synchronized void synMethod() {
for(int i=0; i<1000000; i++)
;
}
public void synBlock() {
synchronized( this ) {
for(int i=0; i<1000000; i++)
;
}
}
public static void main(String[] args) {
Demo4 demo = new Demo4();
long start, diff;
start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當前時間(millis)
demo.synMethod(); // 呼叫“synchronized方法”
diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時間差值”
System.out.println("synMethod() : "+ diff);
start = System.currentTimeMillis(); // 獲取當前時間(millis)
demo.synBlock(); // 呼叫“synchronized方法塊”
diff = System.currentTimeMillis() - start; // 獲取“時間差值”
System.out.println("synBlock() : "+ diff);
}
}(某一次)執行結果：
synMethod() : 11
synBlock() : 3例項鎖和全域性鎖
例項鎖 -- 鎖在某一個例項物件上。如果該類是單例，那麼該鎖也具有全域性鎖的概念。
例項鎖對應的就是synchronized關鍵字。
全域性鎖 -- 該鎖針對的是類，無論例項多少個物件，那麼執行緒都共享該鎖。
全域性鎖對應的就是static synchronized（或者是鎖在該類的class或者classloader物件上）。
關於“例項鎖”和“全域性鎖”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有兩個例項x和y。分析下面4組表示式獲取的鎖的情況。
(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()都是訪問同一個物件(物件x)的同步鎖！
(02) 可以同時被訪問。因為訪問的不是同一個物件的同步鎖，x.isSyncA()訪問的是x的同步鎖，而y.isSyncA()訪問的是y的同步鎖。
(03) 不能被同時訪問。因為cSyncA()和cSyncB()都是static型別，x.cSyncA()相當於Something.isSyncA()，y.cSyncB()相當於Something.isSyncB()，因此它們共用一個同步鎖，不能被同時反問。
(04) 可以被同時訪問。因為isSyncA()是例項方法，x.isSyncA()使用的是物件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。