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Java的synchronized用法及死鎖

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後面括號括起來的部分,作用主的物件是這個類的所有物件。

修飾一個程式碼塊

  1. 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

/**
 * 同步執行緒
 */
class SyncThread implements Runnable {
   private static int count;

   public SyncThread() {
      count = 0;
   }

   public  void run() {
      synchronized(this) {
         for (int i = 0; i < 5; i++) {
            try {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
               Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
            }
         }
      }
   }

   public int getCount() {
      return count;
   }
}
SyncThread的呼叫:
SyncThread syncThread = new SyncThread();
Thread thread1 = new Thread(syncThread, "SyncThread1");
Thread thread2 = new Thread(syncThread, "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*
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

class Counter implements Runnable{
   private int count;

   public Counter() {
      count = 0;
   }

   public void countAdd() {
      synchronized(this) {
         for (int i = 0; i < 5; i ++) {
            try {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + (count++));
               Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
            }
         }
      }
   }

   //非synchronized程式碼塊,未對count進行讀寫操作,所以可以不用synchronized
   public void printCount() {
      for (int i = 0; i < 5; i ++) {
         try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count:" + count);
            Thread.sleep(100);
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }
   }

   public void run() {
      String threadName = Thread.currentThread().getName();
      if (threadName.equals("A")) {
         countAdd();
      } else if (threadName.equals("B")) {
         printCount();
      }
   }
}
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。

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();   }
} 
  1. 在定義介面方法時不能使用synchronized關鍵字。
  2. 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。 
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。

死鎖

public class TestDeadLock implements Runnable {
	public int flag = 1;
	//靜態物件屬於整個類
	static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();
	public void run() {
System.out.println("flag=" + flag);
		if(flag == 1) {
			synchronized(o1) {
				try {
					Thread.sleep(500);
				} catch (Exception e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized(o2) {
					System.out.println("1");	
				}
			}
		}
		if(flag == 0) {
			synchronized(o2) {
				try {
					Thread.sleep(500);
				} catch (Exception e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized(o1) {
					System.out.println("0");
				}
			}
		}
	}	
	
	public static void main(String[] args) {
		TestDeadLock td1 = new TestDeadLock();
		TestDeadLock td2 = new TestDeadLock();
		td1.flag = 1;
		td2.flag = 0;
		Thread t1 = new Thread(td1);
		Thread t2 = new Thread(td2);
		t1.start();
		t2.start();
		
	}
}
由於兩個物件都要等到對方釋放,導致死鎖。